DE112016000983B4 - Fuel injection control device for a direct injection engine - Google Patents

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Abstract

Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die Steuerungsvorrichtung aufweisend:einen Motorblock, der eine Brennkammer umfasst, die von einem Zylinderkopfdeckenabschnitt, einem für einen Zylinder vorgesehenen Zylinderblock, und einem sich im Inneren des Zylinders hin- und herbewegenden Kolben definiert wird; undeine Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit, die ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst, das innerhalb der Brennkammer vorgesehen ist, um einen Flüssigkraftstoff einzuspritzen, und das eingerichtet ist, den Kraftstoff zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in die Brennkammer einzuspritzen, wobeidie Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, eine Haupteinspritzung über einen Zeitraum durchzuführen, der von einer letzten Stufe eines Verdichtungstakts bis zu einer Anfangsstufe eines Arbeitstakts reicht und auch eine Voreinspritzung über einen Zeitraum, der von dem Ansaugtakt bis zu einer ersten Hälfte des Verdichtungstakts andauert, durchzuführen, bei der eine kleinere Menge des Kraftstoffs als bei der Haupteinspritzung eingespritzt wird, unddie Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit auch dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff während einer zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidationsreaktion hervorruft, und beim Bestimmen, dass der Kraftstoff die Teiloxidationsreaktion hervorruft, zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Zwischen-Einspritzung durchzuführen, unddie Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, die Zwischen-Einspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchzuführen, der es dem durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, während oder nachdem der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff spontan gezündet hat, spontan zu zünden, wobei der genannte Zeitpunkt vor Eintritt der Teiloxidationsreaktion während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts liegt.A fuel injection control device for a direct injection engine, the control device comprising:an engine block including a combustion chamber defined by a cylinder head cover portion, a cylinder block provided for a cylinder, and a piston reciprocating inside the cylinder; anda fuel injection control unit including a fuel injection valve provided within the combustion chamber for injecting a liquid fuel and configured to inject the fuel into the combustion chamber at a predetermined timing, whereinthe fuel injection control unit is adapted to perform a main injection via a to perform a period ranging from a final stage of a compression stroke to an initial stage of a power stroke and also to perform a pilot injection over a period lasting from the intake stroke to a first half of the compression stroke, in which a smaller amount of the fuel than in the main injection, and the fuel injection control unit is also adapted to determine whether the fuel injected by the pilot injection produces a partial oxidation reaction during a second half of the compression stroke calls, and upon determining that the fuel causes the partial oxidation reaction to perform an intermediate injection between the pilot injection and the main injection, and the fuel injection control unit is adapted to perform the intermediate injection at such a timing that allows the intermediate injection Injection allows fuel injected to ignite spontaneously during or after the fuel injected by the main injection spontaneously ignites, said timing being before the partial oxidation reaction occurs during the second half of the compression stroke.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung.The present disclosure relates to a fuel injection control device for a direct injection engine.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

JP 5 477 246 B2 beschreibt, dass in einem Benzinmotor eine SelbstzündungsVerbrennung durchgeführt wird, deren geometrisches Verdichtungsverhältnis dahingehend festgelegt wird, größer gleich 15 zu sein. Dieser Motor spritzt den Kraftstoff in einem Bereich hoher Last, in dem die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt, zweimal in einen Zylinder ein, so dass der Kraftstoff während dem Ansaugtakt und dem Verdichtungstakt getrennt eingespritzt wird. Der Motor ermöglicht einem Kraftstoff/Luft-Gemisch in einer Kavität, die an der Oberseite eines Kolbens vorgesehen ist, in der Umgebung des oberen Verdichtungs-Totpunkts die Selbstzündung. Der Motor ermöglicht dem Kraftstoff/Luft-Gemisch dann außerhalb der Aussparung mit der starken, durch die Verbrennung erzeugten Wärme während dem Arbeitstakt zu zünden und zu verbrennen. Dies ermöglicht das Ausführen einer Selbstzündungsverbrennung selbst in einem Bereich hoher Last, in der die Menge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt, ohne dass das Verbrennungsgeräusch zunimmt. JP 5 477 246 B2 describes that auto-ignition combustion is performed in a gasoline engine whose geometric compression ratio is set to be 15 or more. This engine injects the fuel into a cylinder twice in a high load region where the amount of injected fuel increases, so that the fuel is injected separately during the intake stroke and the compression stroke. The engine allows a fuel-air mixture in a cavity provided at the top of a piston to self-ignite in the vicinity of compression top dead center. The engine then allows the fuel/air mixture to ignite and burn outside the cavity with the intense heat generated by combustion during the power stroke. This enables self-ignition combustion to be performed without increasing combustion noise even in a high load region where the amount of injected fuel increases.

JP 2013- 057 266 A offenbart einen Motor mit Direkteinspritzung, der ein an der Mittelachse eines Zylinders angeordnetes, nach außen öffnendes Kraftstoffeinspritzventil besitzt, welches den Kraftstoff in Form eines Hohlkegels einspritzt. Bei diesem Motor mit Direkteinspritzung wird der Kraftstoff während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts in den Zylinder eingespritzt, wodurch sich in einer Brennkammer eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und eine die Kraftstoff/Luft-Gemischdchicht umgebende Gasschicht bilden. Der in JP 2013- 057 266 A offenbarte Motor verringert den Kühlverlust, indem er die umgebende Gasschicht veranlasst, während der Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemischs als wärmeisolierende Schicht zu dienen. JP 2013- 057 266 A discloses a direct injection engine having an outwardly opening fuel injector located at the central axis of a cylinder, which injects the fuel in the form of a hollow cone. In this direct injection engine, fuel is injected into the cylinder during the latter half of the compression stroke, thereby forming an air-fuel mixture layer in a combustion chamber and a gas layer surrounding the air-fuel mixture layer. the inside JP 2013- 057 266 A The disclosed engine reduces cooling loss by causing the surrounding gas layer to serve as a heat insulating layer during combustion of the fuel/air mixture.

Eine ähnliche Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung ist auch aus der Schrift DE 11 2011 101 619 B4 bekannt, wobei dort eine Haupteinspritzung nahe dem oberen Totpunkt und eine vorausgehende Einspritzung im Verdichtungstakt vor der Haupteinspritzung erfolgt, wobei die Steuervorrichtung die genannte vorausgehende Einspritzung als Piloteinspritzung zeitlich so vornimmt, dass ein Teil des Kraftstoffsprays nach außerhalb einer Kolbenmulde gelangt, wobei zusätzlich eine Voreinspritzung zeitversetzt nach der Piloteinspritzung vorgenommen wird, um die Zündung des Kraftstoffs, der durch die Piloteinspritzung eingespritzt wurde, zu unterdrücken.A similar fuel injection control device is also from the reference DE 11 2011 101 619 B4 known, with a main injection taking place there near top dead center and a preceding injection in the compression stroke before the main injection, with the control device timing said preceding injection as a pilot injection in such a way that part of the fuel spray reaches the outside of a piston recess, with a pilot injection also being delayed in time is made after the pilot injection to suppress ignition of the fuel injected by the pilot injection.

Weitere ähnliche Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtungen sind ferner aus den Schriften DE 10 2015 000 590 A1 , die nachveröffentlicht ist, sowie DE 10 2011 117 712 A1 bekannt.Other similar fuel injection control devices are also known from the references DE 10 2015 000 590 A1 , which is post-released, as well as DE 10 2011 117 712 A1 known.

DARSTELLUNGDEPICTION

TECHNISCHES PROBLEMTECHNICAL PROBLEM

Das Bilden einer Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und einer Gasschicht, welche die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht umgibt, in der wie in JP 2013- 057 266 A offenbarten Brennkammer begünstigt die Verringerung des Kühlverlustes. Je stärker jedoch die auf den im Betrieb befindlichen Motor aufgebrachte Last ist, desto größer ist die Menge an eingespritztem Kraftstoff und desto schwerer ist das Bilden einer Gasschicht um das Kraftstoff/Luft-Gem i sch.Forming a fuel/air mixture layer and a gas layer surrounding the fuel/air mixture layer in the manner described in JP 2013- 057 266 A disclosed combustor favors the reduction of cooling loss. However, the heavier the load applied to the engine in operation, the larger the amount of fuel injected and the harder it is to form a gas layer around the air-fuel mixture.

In diesem Fall ermöglicht das Bilden einer Kraftstoff-mageren Gasschicht mittels Durchführen einer kleinen Menge an Voreinspritzung in einer frühen Stufe von dem Ansaugtakt bis zu ersten Hälfte des Verbrennungstakts und das Bilden einer Kraftstoff-Luft-Gemischschicht näher an dem Zentralbereich der Brennkammer mittels Durchführen einer Haupteinspritzung zu einem Zeitraum, der von der letzten Stufe des Verdichtungstakts bei zu einer Anfangsstufe des Arbeitstakts reicht, wie in JP 5 477 246 B2 offenbart, es dem Kraftstoff/Luft-Gemisch, das sich um die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht gebildet hat, als wärmeisolierende Schicht zu wirken und die Verbrennungstemperatur um die Wandfläche der Brennkammer zu senken, während der Motor unter Hochlast betrieben wird. Dies begünstigt eine Verringerung des Kühlverlustes.In this case, forming a fuel-lean gas layer by performing a small amount of pilot injection at an early stage from the intake stroke to the first half of the combustion stroke enables forming a fuel-air mixture layer closer to the central portion of the combustion chamber by performing a main injection to a period ranging from the final stage of the compression stroke at to an initial stage of the power stroke, as in JP 5 477 246 B2 discloses that the air-fuel mixture formed around the air-fuel mixture layer acts as a heat-insulating layer and lowers the combustion temperature around the wall surface of the combustion chamber while the engine is operated under high load. This favors a reduction in cooling loss.

Der während dem Zeitraum ab dem Ansaugtakt bis zu ersten Hälfte des Verbrennungstakts in den Zylinder eingesaugte Kraftstoff (also der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff) kann jedoch in einer Umgebung, in der der Druck und die Temperatur schrittweise in dem Zylinder ansteigen, wenn der Zylinder während dem Verdichtungstakt aufsteigt, eine Teiloxidations-Reaktion hervorrufen. Sobald der durch die Voreinspritzung angesaugte Kraftstoff eine Teiloxidations-Reaktion hervorgerufen hat, wird der während dem Zeitraum, der von der letzten Stufe des Verdichtungstakts bis zur Anfangsstufe des Arbeitstakts andauert, eingespritzte Kraftstoff (d.h. der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff) spontan zünden, nachdem er eingespritzt wurde und bevor er sich gut mit der Luft vermischt hat (also ohne, dass ihm eine ausreichende Zündzeitpunktverzögerung gewährt wurde), wodurch möglicherweise Rauch entsteht oder die Verlängerung des Verbrennungszeitraums während dem Arbeitstakt derart verlängert wird, dass ein Anstieg der CO-Emission verursacht wird.However, the fuel sucked into the cylinder during the period from the intake stroke to the first half of the combustion stroke (i.e., the fuel injected by the pilot injection) may occur in an environment where the pressure and temperature rise gradually in the cylinder when the cylinder is the compression stroke rises, cause a partial oxidation reaction. Once the fuel drawn in by the pilot injection has caused a partial oxidation reaction, the fuel injected during the period lasting from the final stage of the compression stroke to the initial stage of the power stroke (i.e., the fuel injected by the main injection) will spontaneously ignite after it has been injected and before it has mixed well with the air (i.e. without being given sufficient ignition timing retard), thereby possibly generating smoke or lengthening the combustion period during the power stroke so as to cause an increase in CO emission.

In Anbetracht des vorgenannten Hintergrunds ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Abfall der Abgasemissionsleistung zu verringern, indem bei einem Motor mit Direkteinspritzung, der den Kraftstoff durch Spontanzündung verbrennt, indem diskrete Einspritzungen in einem Hochlastbereich vorgenommen werden, bei dem der Betrag des eingespritzten Kraftstoffs ansteigt, einem Kraftstoff, der durch Haupteinspritzung eingespritzt wird, die über einen Zeitpunkt, der von der letzten Stufe des Verdichtungstakts bis zur Anfangsstufe des Arbeitstakts reicht, eine ausreichend lange Zündungszeitpunkt-Verzögerung gewährt wird.In view of the above background, it is therefore an object of the present disclosure to reduce a drop in exhaust emission performance by making discrete injections in a high-load range in which the amount of injected fuel increases, a fuel injected by main injection that is given a sufficiently long ignition timing retard over a timing ranging from the final stage of the compression stroke to the initial stage of the power stroke.

LÖSUNG DES PROBLEMSTHE SOLUTION OF THE PROBLEM

Um die genannten Probleme zumindest teilweise zu lösen bzw. abzumildern, sieht die vorliegende Erfindung eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung gemäß Patentanspruch 1 vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung umfasst also: einen Motorblock, der eine Brennkammer umfasst, die von einem Zylinderkopfdeckenabschnitt, einem für einen Zylinder vorgesehenen Zylinderblock, und einem sich im Inneren des Zylinders hin und her bewegenden Kolben definiert wird; und eine Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungseinheit, die ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst, das in der Brennkammer vorgesehen ist, um einen Flüssigkraftstoff einzuspritzen, und eingerichtet ist, den Kraftstoff zu einem vorgegeben Zeitpunkt in die Brennkammer einzuspritzen.In order to at least partially solve or mitigate the above problems, the present invention provides a fuel injection control device for a direct injection engine according to claim 1. Preferred developments of the invention are the subject matter of the dependent claims. That is, the fuel injection control device includes: an engine block including a combustion chamber defined by a cylinder head cover portion, a cylinder block provided for a cylinder, and a piston reciprocating inside the cylinder; and a fuel injection control unit including a fuel injection valve provided in the combustion chamber to inject a liquid fuel and configured to inject the fuel into the combustion chamber at a predetermined timing.

Die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung führt eine Haupteinspritzung durch während einem Zeitraum, der von einer letzten Stufe eines Verdichtungstakts bis zu einer Anfangsstufe eines Arbeitstakts reicht, und führt auch eine Voreinspritzung durch über einen Zeitraum, der von dem Ansaugtakt bis zu ersten Hälfte des Verdichtungstakts andauert, bei der eine kleinere Menge Kraftstoff eingespritzt wird als bei der Haupteinspritzung. Ferner bestimmt die Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, ob der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff während einer zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidationsreaktion hervorruft und führt beim Bestimmen, dass der Kraftstoff die Teiloxidationsreaktion hervorruft, zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Zwischen-Einspritzung durch. Die Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung führt die Zwischen-Einspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durch, der es dem durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, während oder nachdem der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff spontan gezündet wurde und bevor die Teiloxidationsreaktion während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eintritt, spontan zu zünden.The fuel injection controller performs a main injection during a period ranging from a final stage of a compression stroke to an initial stage of a power stroke, and also performs a pilot injection over a period ranging from the intake stroke to the first half of the compression stroke which a smaller amount of fuel is injected than with the main injection. Further, the fuel injection control unit determines whether the fuel injected by the pilot injection causes a partial oxidation reaction during a second half of the compression stroke, and when determining that the fuel causes the partial oxidation reaction, performs an intermediate injection between the pilot injection and the main injection. The fuel injection control unit performs the intermediate injection at such a timing that allows the fuel injected by the intermediate injection to be spontaneously ignited during or after the fuel injected by the main injection and before the partial oxidation reaction during the second half of the Compression stroke occurs to ignite spontaneously.

Wie vorliegend verwendet bezeichnen „erste Hälfte des Verdichtungstakts“ und „zweite Hälfte des Verdichtungstakts“ jeweils die erste und zweite Hälfte, wenn der Verdichtungstakt in zwei gleiche Hälften aufgeteilt wird, nämlich eine erste und eine zweite Hälfte. Indessen bezeichnet vorliegend die „letzte Stufe des Verdichtungstakts“ die letzte Stufe, wenn der Verdichtungstakt in drei gleiche Stufen unterteilt wird, nämlich eine Anfangsstufe, eine mittlere Stufe und die letzte Stufe. Ferner bezeichnet vorliegend die „Anfangsstufe des Arbeitstakts“ eine Anfangsstufe, wenn der Arbeitstakt in drei gleiche Stufen unterteilt wird, nämlich die Anfangsstufe, eine mittlere Stufe und die letzte Stufe.As used herein, "first half of the compression stroke" and "second half of the compression stroke" refer to the first and second halves, respectively, when the compression stroke is divided into two equal halves, namely a first half and a second half. Meanwhile, the “final stage of the compression stroke” herein means the final stage when the compression stroke is divided into three equal stages, namely, an initial stage, a middle stage, and the final stage. Also, herein, the “initial stage of the power stroke” means an initial stage when the power stroke is divided into three equal stages, namely, the initial stage, a middle stage, and the final stage.

Gemäß dieser Ausgestaltung führt die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung diskrete Einspritzungen durch, die zumindest eine Voreinspritzung und eine Haupteinspritzung umfassen. Dies ist in einem Bereich hoher Last, in der die Menge des eingespritzten Kraftstoffs zunimmt, von Vorteil. Die Voreinspritzung wird durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder über einen Zeitraum durchgeführt, der von dem Ansaugtakt bis zu ersten Hälfte des Verdichtungstakts andauert. Da der Kraftstoff verhältnismäßig früh eingespritzt wird, diffundiert der eingespritzte Kraftstoff innerhalb der Brennkammer. Ferner spritzt die Voreinspritzung eine verhältnismäßig kleine Menge des Kraftstoffs ein, und bildet ein verhältnismäßig mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch.According to this embodiment, the fuel injection control device performs discrete injections, which include at least a pilot injection and a main injection. This is advantageous in a high load region where the amount of fuel injected increases. The pilot injection is performed by injecting the fuel into the cylinder over a period lasting from the intake stroke to the first half of the compression stroke. Because the fuel is injected relatively early, the injected fuel diffuses within the combustion chamber. Further, the pilot injection injects a relatively small amount of fuel, and forms a relatively lean air-fuel mixture.

Die Haupteinspritzung wird durch Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder über einen Zeitraum, der von der letzten Stufe des Verdichtungstakts bis zur Anfangsstufe des Arbeitstakts reicht, durchgeführt. Da der Kraftstoff spät eingespritzt wird, konzentriert sich der Kraftstoffnebel in Richtung eines Zentralbereichs der Brennkammer. Die Haupteinspritzung spritzt eine verhältnismäßig große Menge des Kraftstoffs ein. Auf diese Weise bilden sich zu einem Zeitpunkt, wenn das Kraftstoff/Luft-Gemisch zündet, in der Brennkammer eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und eine die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht umgebende, verhältnismäßig magere Gasschicht. Wenn die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht spontan in diesem Zustand zündet, wirkt die umgebende Gasschicht als eine wärmeisolierende Schicht, und die Verbrennungstemperatur um die Wandfläche der Brennkammer fällt ab, wodurch der Kühlverlust verringert werden kann.The main injection is performed by injecting the fuel into the cylinder for a period ranging from the last stage of the compression stroke to the initial stage of the power stroke. Since the fuel is injected late, the fuel spray concentrates toward a central portion of the combustion chamber. The main injection injects a relatively large amount of fuel. In this way, at a time when the air-fuel mixture ignites, an air-fuel mixture layer and a relatively lean gas layer surrounding the air-fuel mixture layer are formed in the combustion chamber. When the air-fuel mixture layer ignites spontaneously in this state, the surrounding gas layer acts as a heat-insulating layer, and the combustion temperature around the wall surface of the combustion chamber falls, whereby cooling loss can be reduced.

Der durch die Voreinspritzung in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff wird mit Druck und Temperatur beaufschlagt, welche schrittweise ansteigen, wenn der Verdichtungstakt voranschreitet, was in manchen Fällen während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidations-Reaktion hervorruft. Wie vorliegend verwendet bezeichnet die „Teiloxidationsreaktion“ eine Situation, bei der der Kraftstoff eine nur unzureichende thermische Flammreaktion zeigt, jedoch stattdessen eine Oxidationsreaktion hervorruft. Obgleich die Menge an durch die Teiloxidation erzeugter Wärme kleiner ist als in dem Fall einer vollständigen Oxidationsreaktion, verursacht sie dennoch einen Temperarturanstieg im Zylinder. Daher wird der während der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff danach spontan zünden, ohne dass ihm eine ausreichend lange Zündzeitverzögerung gewährt wird, sobald der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff die Teiloxidationsreaktion hervorgerufen hat.The fuel injected into the cylinder by the pilot injection is subjected to a pressure and temperature which gradually increase as the compression stroke progresses, causing a partial oxidation reaction in some cases during the second half of the compression stroke. As used herein, the "partial oxidation reaction" refers to a situation where the fuel exhibits an insufficient thermal flame response but instead causes an oxidation reaction. Although the amount of heat generated by the partial oxidation is smaller than in the case of a complete oxidation reaction, it still causes an in-cylinder temperature rise. Therefore, once the fuel injected by the pilot injection has caused the partial oxidation reaction, the fuel injected during the main injection will spontaneously ignite thereafter without being given a sufficiently long ignition timing delay.

Gemäß der obenstehend-beschriebenen Ausgestaltung bestimmt die Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, ob es zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird oder nicht, und wenn die Antwort JA lautet, führt sie eine Zwischen-Einspritzung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung durch. Die Zwischen-Einspritzung wird vor dem Eintreten einer Niedrigtemperatur-Oxidationsreaktion durchgeführt. Die latente Hitze der Verdampfung des durch die Zwischen-Einspritzung in den Zylinder eingespritzten Kraftstoffs senkt die Temperatur in dem Zylinder, und verhindert somit im Wesentlichen das Eintreten der Teiloxidationsreaktion. Geeigneterweise wird die Zwischen-Einspritzung zu einem Zeitpunkt durchgeführt, bevor die Teiloxidationsreaktion eintritt. Dies ermöglicht es der Funktion zur Zwischen-Einspritzung, welche die Temperatur in dem Zylinder mit der latenten Wärme der Verdampfung senkt, das Eintreten der Teiloxidationsreaktion wirksam zu verhindern.According to the above-described embodiment, the fuel injection control unit determines whether or not a partial oxidation reaction will occur, and when the answer is YES, performs an intermediate injection between the pilot injection and the main injection. The intermediate injection is performed before a low-temperature oxidation reaction occurs. The latent heat of vaporization of the fuel injected into the cylinder by the intermediate injection lowers the temperature in the cylinder, thus substantially preventing the partial oxidation reaction from occurring. Suitably, the intermediate injection is performed at a time before the partial oxidation reaction occurs. This enables the intermediate injection function, which lowers the temperature in the vaporization latent heat cylinder, to effectively prevent the partial oxidation reaction from occurring.

Auch könnte die Zwischen-Einspritzung die Funktion zur Unterbindung des Eintretens der Teiloxidation nicht vollständig durchführen, wenn die Zwischen-Einspritzung zu früh durchgeführt würde. Ferner könnte der durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzte Kraftstoff auch die Teiloxidationsreaktion hervorrufen. Die Zwischen-Einspritzung wird somit zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt, der es dem durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, spontan während oder nachdem der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff spontan gezündet hat, zu zünden. Dies verhindert im Wesentlichen, dass der durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzte Kraftstoff die Teiloxidationsreaktion verursacht.Also, if the intermediate injection is performed too early, the intermediate injection could not fully perform the function of suppressing the occurrence of the partial oxidation. Further, the fuel injected by the intermediate injection could also cause the partial oxidation reaction. The intermediate injection is thus performed at such a timing that allows the fuel injected by the intermediate injection to ignite spontaneously during or after the fuel injected by the main injection spontaneously ignites. This substantially prevents the fuel injected by the intermediate injection from causing the partial oxidation reaction.

Auf diese Weise gewährt das Verhindern der Teiloxidationsreaktion ab dem Eintreten während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts dem durch die Haupteinspritzung in den Zylinder eingespritzten Kraftstoff eine ausreichende Zündzeitverzögerung, was es ermöglicht, die Entstehung von Rauch oder den Anstieg der CO-Emission zu verhindern.In this way, preventing the partial oxidation reaction from occurring during the second half of the compression stroke gives the fuel injected into the cylinder by the main injection a sufficient ignition timing delay, making it possible to prevent the generation of smoke or the increase in CO emission.

Der Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung kann auf Grundlage eines Drucks in dem Zylinder, einer Temperatur in dem Zylinder und einer Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder bestimmen, ob es zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird oder nicht. Eine Bestimmung, ob es zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird oder nicht kann auf Grundlage dieser Parameter exakt erfolgen. Somit verhindert das Durchführen der Zwischen-Einspritzung, wenn die Teiloxidation eintreten wird, im Wesentlichen das Eintreten der Teiloxidation.The fuel injection control unit may determine whether or not a partial oxidation reaction will occur based on an in-cylinder pressure, an in-cylinder temperature, and an in-cylinder oxygen concentration. A determination as to whether or not a partial oxidation reaction will occur can be accurately made based on these parameters. Thus, performing the intermediate injection when the partial oxidation will occur substantially prevents the partial oxidation from occurring.

Die Zwischen-Einspritzung kann eine kleinere Menge Kraftstoff einspritzen als die Haupteinspritzung.The intermediate injection can inject a smaller amount of fuel than the main injection.

Da die Zwischen-Einspritzung früher beginnt als die Haupteinspritzung sind Temperatur und Druck in dem Zylinder zum Zeitpunkt der Zwischen-Einspritzung noch nicht ausreichend hoch. Somit wird es immer wahrscheinlicher, dass der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffnebel sich länger fortbewegt als erwartet, und möglicherweise mit der Wandfläche der Brennkammer in Kontakt gelangt. Dies ist nachteilig beim Bilden der das Kraftstoff/Luft-Gemisch umgebenden Gasschicht. Aus diesem Grund ist die Menge an durch die Zwischen-Einspritzung eingespritztem Kraftstoff verhältnismäßig gering. Ferner ermöglicht die Verringerung des durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs die Einspritzung von viel Kraftstoff durch die Haupteinspritzung. Dies begünstigt das Motordrehmoment in dem Halb-bis-Volllast-Bereich, in dem die Gesamtmenge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt.Since the intermediate injection starts earlier than the main injection, the temperature and pressure in the cylinder are not sufficiently high at the time of the intermediate injection. Thus, it becomes more and more likely that the fuel spray injected into the cylinder will travel longer than expected and possibly come into contact with the wall surface of the combustion chamber. This is disadvantageous when forming the gas layer surrounding the fuel/air mixture. For this reason, the amount of fuel injected by the intermediate injection is relatively small. Furthermore, reducing the fuel injected by the intermediate injection enables injection of much fuel by the main injection. This favors engine torque in the half to full load range where the total amount of fuel injected increases.

Die Haupteinspritzung kann eine mehrstufige Einspritzung sein, die eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfasst, und ein Intervall zwischen einem Ende der Einspritzung der Zwischen-Einspritzung und einem Start der Einspritzung der Haupteinspritzung kann länger sein als ein Intervall zwischen ersten und zweiten Einspritzungen der Haupteinspritzung.The main injection may be multi-stage injection including a plurality of fuel injections, and an interval between an injection end of the intermediate injection and an injection start of the main injection may be longer than an interval between first and second injections of the main injection.

Werden diskrete Einspritzungen durchgeführt, kann der Nebel eines Kraftstoffs, der früher eingespritzt wird, sich mit dem Nebel eines später eingespritzten Kraftstoffs überlagern, was möglicherweise ein lokal übermäßig dichtes Kraftsoff-Luft-Gemisch erzeugt. In diesem Fall wird dies nicht nur zu einem Anstieg der Verbrennungstemperatur führen, sondern auch zu einem Rückgang der Abgasemissionsleistung. Gemäß der obenstehend beschriebenen Ausgestaltung verhindert die ausreichende Verlängerung des Einspritzintervalls zwischen der Zwischen-Einspritzung und der Haupteinspritzung im Wesentlichen, dass der Sprühnebel des durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoffs sich mit dem Sprühnebel des durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs überlagert. Dies trägt vorteilhafterweise dazu bei, den Kühlverlust zu senken, indem die Verbrennungstemperatur gesenkt wird und im Wesentlichen die Entstehung von Rauch verhindert wird, indem eine lokale Bildung eines übermäßig dichten Kraftstoff/Luft-Gemischs beseitigt wird.When discrete injections are performed, the spray of fuel injected earlier may interfere with the spray of fuel injected later, potentially creating a locally overly dense fuel-air mixture. In this case, it will cause not only an increase in combustion temperature but also a decrease in exhaust emission performance. According to the above In the configuration described above, sufficiently lengthening the injection interval between the intermediate injection and the main injection substantially prevents the spray of fuel injected by the intermediate injection from interfering with the spray of fuel injected by the main injection. This advantageously helps reduce cooling loss by lowering combustion temperature and substantially preventing smoke generation by eliminating local formation of an overly dense fuel/air mixture.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Wie der vorgenannten Beschreibung zu entnehmen ist, führt die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für den Motor mit Direkteinspritzung zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Zwischen-Einspritzung durch, und verhindert somit durch Absenken der Temperatur in dem Zylinder mit der latenten Verdampfungshitze des eingespritzten Kraftstoffs im Wesentlichen das Eintreten einer Teiloxidationsreaktion. Im Ergebnis wird es dem durch die Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, spontan mit einer ausreichend lang gewährten Zündzeitverzögerung zu zünden, was eine Abnahme der Abgasemissionsleistung deutlich verringert.As can be understood from the above description, the fuel injection control device for the direct injection engine performs an intermediate injection between the pilot injection and the main injection, and thus by lowering the temperature in the cylinder with the latent heat of vaporization of the injected fuel, substantially prevents that Occurrence of a partial oxidation reaction. As a result, the fuel injected by the main injection is allowed to ignite spontaneously with a sufficiently long allowance of ignition timing retardation, remarkably reducing a decrease in exhaust emission performance.

Figurenlistecharacter list

  • 1 veranschaulicht schematisch eine Konfiguration für einen Motor mit Direkteinspritzung. 1 FIG. 1 schematically illustrates a configuration for a direct injection engine.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration einer Brennkammer veranschaulicht. 2 12 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a combustor.
  • 3 veranschaulicht, wie die effektive Querschnittsfläche der Düsenblende eines sich nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzventils sich mit einer Taktmenge bzw. Hubmenge verändert. 3 12 illustrates how the effective cross-sectional area of the orifice orifice of an outwardly opening fuel injector varies with stroke amount.
  • 4 veranschaulicht ein beispielhaftes Betriebs-Kennfelds, wenn ein Motor warm ist. 4 12 illustrates an example operating map when an engine is warm.
  • 5 veranschaulicht einen Kraftstoffeinspritzmodus in einem Volllast-Bereich. 5 illustrates a fuel injection mode in a full load range.
  • Die obere Zeichnung von 6 veranschaulicht schematisch in einer Brennkammer gebildete Kraftstoffnebel, wenn in dem Volllast-Bereich eine Voreinspritzung durchgeführt wird und das untere Schaubild von 6 zeigt die Verteilung von Temperaturen in der Brennkammer in einer solchen Situation.The drawing above 6 schematically illustrates fuel sprays formed in a combustion chamber when pilot injection is performed in the high-load range, and the lower diagram of FIG 6 shows the distribution of temperatures in the combustion chamber in such a situation.
  • Die obere Zeichnung von 7 veranschaulicht schematisch in der Brennkammer gebildete Kraftstoffnebel an einem oberen Totpunkt in dem Vollast-Bereich und das untere Schaubild von 7 zeigt die Verteilung von Temperaturen in der Brennkammer in einer solchen Situation.The drawing above 7 FIG. 12 schematically illustrates fuel sprays formed in the combustion chamber at a top dead center in the full load range and the bottom diagram of FIG 7 shows the distribution of temperatures in the combustion chamber in such a situation.
  • Die obere Zeichnung von 8 veranschaulicht schematisch einen in der Brennkammer gebildeten Kraftstoffnebel, wenn eine Haupteinspritzung in dem Volllast-Bereich abgeschlossen ist und das untere Schaubild von 8 veranschaulicht die Temperaturverteilung in der Brennkammer in einer solchen Situation.The drawing above 8th FIG. 12 schematically illustrates a fuel spray formed in the combustion chamber when main injection is completed in the high-load range, and the lower diagram of FIG 8th illustrates the temperature distribution in the combustion chamber in such a situation.
  • 9 veranschaulicht einen Kraftstoffeinspritzmodus in einem Halb-bis-Volllastbereich. 9 illustrates a fuel injection mode in a half to full load range.
  • 10 veranschaulicht schematisch eine in der Brennkammer gebildete Kraftstoff/Luft-Gemischschicht in dem Halb-bis-Volllastbereich. 10 FIG. 12 schematically illustrates a fuel/air mixture layer formed in the combustion chamber in the half to full load range.
  • 11 zeigt, wie die Wärmeerzeugungsrate sich in Abhängigkeit dessen, ob eine Zwischen-Einspritzung durchgeführt wird oder nicht, verändert. 11 shows how the heat generation rate changes depending on whether intermediate injection is performed or not.
  • 12 zeigt, wie sich die Zylinderinnentemperatur in Abhängigkeit dessen, ob die Zwischen-Einspritzung durchgeführt wird oder nicht, verändert. 12 shows how the in-cylinder temperature changes depending on whether the intermediate injection is performed or not.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF EMBODIMENTS

Es werden nun Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft.Embodiments will now be described with reference to the accompanying drawings. The following description is only an example.

(Gesamtkonfiguration des Motors)(overall configuration of the engine)

1 veranschaulicht eine Konfiguration für einen Motor 1 gemäß der Ausführungsform. Obgleich nicht dargestellt ist die Kurbelwelle 15 des Motors 1 über ein Getriebe mit Antriebsrädern gekoppelt. Die Leistung des Motors 1 wird über ein Getriebe 1 auf die Antriebsräder übertragen, was das Fahrzeug vorwärtstreibt. Der Kraftstoff des Fahrzeugs 1 in dieser Ausführungsform ist Benzin, kann aber auch Benzin enthaltend Bioethanol oder einen anderen Zusatzstoff sein. Die vorliegende Offenbarung ist weitreichend auf jedwede andere Art von vorgemischtem Kraftstoff anwendbar, der mittels Verdampfung eines Kraftstoffs zündet, der eingespritzt wurde, und der einen von verschiedenen Arten von Flüssigkraftstoffen nutzt. 1 12 illustrates a configuration for a motor 1 according to the embodiment. Although not shown, the crankshaft 15 of the engine 1 is coupled to driving wheels via a transmission. The power of the engine 1 is transmitted to the drive wheels through a transmission 1, propelling the vehicle forward. The fuel of the vehicle 1 in this embodiment is gasoline, but may be gasoline containing bioethanol or another additive. The present disclosure is broadly applicable to any other type of premixed fuel that ignites via vaporization of a fuel that has been injected and that uses any of various types of liquid fuels.

Der Motor 1 umfasst einen Zylinderblock 12 und einen an dem Zylinderblock 12 montierten Zylinderkopf 13. Im Inneren des Zylinderblocks 12 ist eine Vielzahl von Zylindern 11 (von denen in 1 nur einer dargestellt ist) gebildet. Der Motor 1 ist ein Mehrzylinder-Motor. Obgleich nicht dargestellt ist im Inneren des Zylinderblocks 12 und des Zylinderblocks 13 ein Wassermantel gebildet, in dem Kühlwasser strömt. Ein Kolben 16, der über eine Verbindungsstange 14 mit der Kurbelwelle 15 gekoppelt ist, ist gleitend in jeden der Zylinder 11 eingesetzt. Der Kolben 16 definiert zusammen mit dem Zylinder 11 und dem Zylinderkopf 13 eine Brennkammer 17.The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted on the cylinder block 12. Inside the cylinder block 12 are a plurality of cylinders 11 (of which 1 only one is shown). The engine 1 is a multi-cylinder engine. Although not shown, inside the cylinder block 12 and the cylinder blocks 13 formed a water jacket in which the cooling water flows. A piston 16 coupled to the crankshaft 15 via a connecting rod 14 is slidably fitted in each of the cylinders 11 . The piston 16 defines, together with the cylinder 11 and the cylinder head 13, a combustion chamber 17.

Bei dieser Ausführungsform ist der Deckenabschnitt 170 der Brennkammer 17 (also die Unterseite des Zylinderkopfs 13) eingerichtet, eine seitliche Ansaugsteigung 171 zu besitzen, die mit einer Öffnung 180 eines Ansauganschlusses 18 versehen ist und einen Aufwärtsgradienten hin zur Mitte des Zylinders 11 besitzt, und eine seitliche Auslasssteigung 172 zu besitzen, die mit einer Öffnung 190 eines Auslassanschlusses 19 versehen ist und die einen Aufwärtsgradienten hin zur Mitte des Zylinders 11 besitzt. Die Brennkammer 17 ist vom sogenannten „Pultdach-Typ“. Der First des Pultdachs kann mit dem Bohrungsmittelpunkt des Zylinders 11 übereinstimmen oder nicht. Wie ebenfalls in 2 dargestellt ist die Oberseite 160 des Kolbens 16 erhöht, um eine Spitzdachform bzw. Satteldachform zu bilden, die durch ansteigende Flächen 161, 162 gebildet wird, die jeweils einen Aufwärtsgradienten in Richtung des Kolbens 16 jeweils am der Ansaugseite und der Auslassseite, haben um jeweils der Steigung 171 der Ansaugseite und der Steigung 172 der Auslassseite des Deckenabschnitts 170 zugewandt zu sein. Somit wird das geometrische Verdichtungsverhältnis des Motors 1 eingestellt, um 15 oder mehr zu betragen. Auch besitzt die Oberseite 160 des Kolbens 16 eine eingelassene Kavität 163.In this embodiment, the top portion 170 of the combustion chamber 17 (i.e., the underside of the cylinder head 13) is configured to have a lateral intake slope 171 provided with an opening 180 of an intake port 18 and having an upward gradient toward the center of the cylinder 11, and a to have an exhaust lateral slope 172 which is provided with an opening 190 of an exhaust port 19 and which has an upward gradient towards the center of the cylinder 11. The combustion chamber 17 is of the so-called “pent roof type”. The ridge of the pent roof may or may not coincide with the bore center of the cylinder 11. As also in 2 shown, the top 160 of the piston 16 is raised to form a pitched roof shape formed by rising surfaces 161, 162 each having an upward gradient towards the piston 16 on the suction side and the exhaust side, respectively, by the To be facing slope 171 of the suction side and the slope 172 of the outlet side of the ceiling portion 170 . Thus, the geometric compression ratio of the engine 1 is set to be 15 or more. The top 160 of the piston 16 also has a recessed cavity 163.

Obgleich in 1 nur ein Ansauganschluss 18 gezeigt ist, sind eigentlich zwei Ansauganschlüsse 18 für den Zylinderkopf 13 von jedem Zylinder 11 vorgesehen. Die jeweiligen Öffnungen 180 der beiden Ansauganschlüsse 18 sind nebeneinander in der Richtung der Ausgangswelle (also der Kurbelwelle 15) des Motors an der Steigung 171 der Ansaugseite des Zylinderkopfs 13 angeordnet. Die Ansauganschlüsse 18 kommunizieren durch diese Öffnungen 180 mit der Brennkammer 17. Gleichsam sind für den Zylinderkopf 13 von jedem Zylinder 11 zwei Ausgangsanschlüsse 19 bereitgestellt. Die jeweiligen Öffnungen 190 der beiden Auslassanschlüsse 19 sind nebeneinander in der Richtung der Ausgangswelle des Motors an der Steigung 172 der Auslassseite des Zylinderkopfs 13 angeordnet. Die Auslassanschlüsse 19 kommunizieren durch diese Öffnungen 190 mit der Brennkammer 17.Although in 1 only one intake port 18 is shown, two intake ports 18 are actually provided for the cylinder head 13 of each cylinder 11 . The respective openings 180 of the two suction ports 18 are arranged side by side in the direction of the output shaft (that is, the crankshaft 15) of the engine on the slope 171 of the suction side of the cylinder head 13. The intake ports 18 communicate with the combustion chamber 17 through these openings 180. Likewise, for the cylinder head 13 of each cylinder 11, two exhaust ports 19 are provided. The respective openings 190 of the two exhaust ports 19 are arranged side by side in the direction of the engine's output shaft on the slope 172 of the exhaust side of the cylinder head 13 . The exhaust ports 19 communicate with the combustion chamber 17 through these openings 190.

Jeder der Ansauganschlüsse 18 ist mit einer zugehörigen Ansaugpassage 181 verbunden. Ein Drosselventil 55 zum Steuern der Ansaugströmungsrate ist auf halber Strecke durch die Ansaugpassage 181 vorgesehen. Jeder der Auslassanschlüsse 19 ist mit einer zugehörigen Auslasspassage 191 verbunden. An der Auslasspassage 191 ist ein Abgasreinigungssystem mit einem oder mehr Katalysatoren angeordnet. Jeder der Katalysatoren kann einen Drei-Wege-Katalysator umfassen. Der Katalysator muss jedoch kein Drei-Wege-Katalysator sein.Each of the suction ports 18 is connected to an associated suction passage 181 . A throttle valve 55 for controlling the intake flow rate is provided halfway through the intake passage 181 . Each of the outlet ports 19 is connected to an associated outlet passage 191 . At the exhaust passage 191, an exhaust gas purification system having one or more catalysts is arranged. Each of the catalysts may include a three-way catalyst. However, the catalytic converter does not have to be a three-way catalytic converter.

Der Zylinderkopf 13 ist mit einem Ansaugventil 21 versehen, das angeordnet ist, um die Ansauganschlüsse 18 von der Brennkammer 17 zu trennen (also die Brennkammer 17 zu schließen). Das Ansaugventil 21 wird durch einen Ansaugventil-Ansteuerungsmechanismus angesteuert. Der Zylinderkopf 13 ist ebenfalls mit einem Auslassventil 22 angeordnet, um in der Lage zu sein, die Auslassanschlüsse 19 von der Brennkammer 17 zu trennen. Das Auslassventil 22 wird durch einen Auslassventil-Ansteuerungsmechanismus angesteuert. Das Ansaugventil 21 und das Auslassventil 22 bewegen sich zu einem vorgegebenen Zeitpunkt reziprok, um jeweils den Ansauganschluss 18 und/oder den Auslassanschluss 19 zu öffnen bzw. zu schließen, und dadurch in dem Zylinder 11 Gase auszutauschen.The cylinder head 13 is provided with an intake valve 21 arranged to isolate the intake ports 18 from the combustion chamber 17 (that is, to close the combustion chamber 17). The intake valve 21 is driven by an intake valve driving mechanism. The cylinder head 13 is also arranged with an exhaust valve 22 to be able to isolate the exhaust ports 19 from the combustion chamber 17 . The exhaust valve 22 is driven by an exhaust valve drive mechanism. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 reciprocally move at a predetermined timing to open and close the intake port 18 and/or the exhaust port 19 respectively, thereby exchanging gases in the cylinder 11 .

Obgleich nicht dargestellt, umfasst der Ansaugventil-Ansteuerungsmechanismus eine Ansaugnockenwelle, die mit der Kurbelwelle 15 wirkverbunden ist. Die Ansaugnockenwelle dreht sich synchron mit der Drehung der Kurbelwelle 15. Obgleich nicht dargestellt umfasst der Auslassventil-Ansteuerungsmechanismus eine Auslassnockenwelle, die mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist. Die Auslass-Nockenwelle dreht sich synchron mit der Drehung der Kurbelwelle 15.Although not shown, the intake valve actuation mechanism includes an intake camshaft operatively connected to the crankshaft 15 . The intake camshaft rotates synchronously with the rotation of the crankshaft 15. Although not shown, the exhaust valve actuation mechanism includes an exhaust camshaft operatively connected to the crankshaft. The exhaust camshaft rotates synchronously with the rotation of the crankshaft 15.

Bei diesem Beispiel umfasst der Ansaugventil-Ansteuerungsmechanismus zumindest einen hydraulischen oder elektrisch-variablen Ventilsteuerungs(VTT)mechanismus 23, der in der Lage ist, die Phase der Ansaugnockenwelle fortwährend innerhalb einer vorgegebenen Winkelspanne zu verändern. Der Ansaugventil-Ansteuerungsmechanismus kann ferner einen VVT-Mechanismus umfassen, der in der Lage ist, den Ventilhubbetrag sowie den VVT-Mechanismus 23 zu verändern.In this example, the intake valve actuation mechanism includes at least one hydraulic or electrically variable valve timing (VTT) mechanism 23 capable of continuously changing the phase of the intake camshaft within a predetermined angular range. The intake valve driving mechanism may further include a VVT mechanism capable of changing the valve lift amount as well as the VVT mechanism 23 .

Bei diesem Beispiel umfasst der Auslassventil-Ansteuerungsmechanismus einen hydraulischen und/oder elektrisch-variablen Ventilsteuerungs-Mechanismus VVT 24, der in der Lage ist, die Phase der Auslassnockenwelle fortwährend innerhalb einer vorgegebenen Winkelspanne zu verändern. Der Ansaugventil-Ansteuerungsmechanismus kann ferner einen variablen Ventilhubmechanismus umfassen, der in der Lage ist, den Ventilhubbetrag sowie den VVT-Mechanismus 24 zu verändern.In this example, the exhaust valve actuation mechanism includes a hydraulic and/or electrically variable valve timing mechanism VVT 24 capable of continuously changing the phase of the exhaust camshaft within a predetermined angular range. The intake valve actuation mechanism may further include a variable valve lift mechanism capable of changing the valve lift amount as well as the VVT mechanism 24 .

Der variable Ventilhubmechanismus kann auch ein durchgehender, variabler Ventilhubmechanismus (CVVL) sein, der in der Lage ist, den Ventilhubbetrag fortwährend zu verändern. Es sei angemerkt, dass der Ventilansteuerungsmechanismus zum Ansteuern des Ansaugventils 21 und des Auslassventils 22 auch eine andere Art Ansteuerungsmechanismus sein kann, wie beispielsweise ein hydraulischer oder elektromagnetischer Ansteuerungsmechanismus.The variable valve lift mechanism may also be a continuous variable valve lift mechanism (CVVL) capable of continuously changing the valve lift amount. It should be noted that the valve actuation mechanism for driving the intake valve 21 and the exhaust valve 22 may also be another type of driving mechanism, such as a hydraulic or electromagnetic driving mechanism.

Wie in 2 in einem größeren Maßstab gezeigt ist, ist an dem Zylinderkopf 13 ein Kraftstoffeinspritzventil 6 zum Direkteinspritzen des Kraftstoffs in die Brennkammer 17 angebracht. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 ist an dem Pultdachfirst angeordnet, an dem sich die Steigung 171 der Ansaugseitige und die Steigung 172 der Auslassseite schneiden. Auch ist das Kraftstoffeinspritzventil 6 derart angeordnet, dass seine Einspritzachse S an der Achse des Zylinders 11 ausgerichtet und das Ende der Spitze seiner Einspritzöffnung dem Inneren der Brennkammer 17 zugewandt ist. Es sei angemerkt, dass die Einspritzachse S des Kraftstoffeinspritzventils 6 mit der Achse des Zylinders 11 ausgerichtet sein kann oder nicht ausgerichtet sein kann.As in 2 As shown on a larger scale, a fuel injection valve 6 for injecting the fuel directly into the combustion chamber 17 is mounted on the cylinder head 13 . The fuel injection valve 6 is arranged on the ridge of the pent roof, at which the slope 171 on the suction side and the slope 172 on the outlet side intersect. Also, the fuel injection valve 6 is arranged such that its injection axis S is aligned with the axis of the cylinder 11 and the tip end of its injection port faces the inside of the combustion chamber 17 . It should be noted that the injection axis S of the fuel injector 6 may or may not be aligned with the axis of the cylinder 11 .

Die Kavität 163 des Kolbens 16 ist angeordnet, um dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zugewandt zu sein. Das Kraftstoffeinspritzventil 6 spritzt den Kraftstoff in die Kavität 163 ein.The cavity 163 of the plunger 16 is arranged to face the fuel injection valve 6 . The fuel injection valve 6 injects the fuel into the cavity 163 .

Bei diesem Beispiel ist das Kraftstoffeinspritzventil 6 ein sich nach außen öffnendes Kraftstoffeinspritzventil. Das sich nach außen öffnende Kraftstoffeinspritzventil 6 besitzt einen Düsenkörper 60 mit einer Düsenblende 61 durch die der Kraftstoff eingespritzt wird, und ein sich nach außen öffnendes Ventil 62, das die Düsenblende 61 öffnet und schließt, die in 3 gezeigt ist, in der das Ende seiner Spitze in einem größeren Maßstab zeigt.In this example, the fuel injection valve 6 is an outwardly opening fuel injection valve. The outward-opening fuel injection valve 6 has a nozzle body 60 with an orifice 61 through which the fuel is injected, and an outward-opening valve 62 that opens and closes the orifice 61, which is in 3 is shown showing the end of its tip on a larger scale.

Der Düsenkörper 60 ist als ein röhrenförmiges Glied derart gebildet, dass Kraftstoff durch das Innere des Düsenkörpers 60 strömt. Die Düsenöffnung 61 ist an dem Ende der Spitze des Düsenkörpers 60 vorgesehen. Die Düsenblende 61 ist derart verjüngt, dass der Durchmesser schrittweise in Richtung der Spitze zunimmt.The nozzle body 60 is formed as a tubular member such that fuel flows through the interior of the nozzle body 60 . The nozzle opening 61 is provided at the tip end of the nozzle body 60 . The nozzle orifice 61 is tapered such that the diameter gradually increases toward the tip.

Das sich nach außen öffnende öffnende Ventil 62 besitzt einen Ventilkörper 63, der zur Außenseite des Ventilkörpers 60 an der Spitze des Düsenkörpers 60 freilegt, und einen Verbindungsabschnitt 64, der sich von dem Ventilkörper 63 erstreckt, durch den Düsenkörper 60 erstreckt und mit einem (nicht gezeigten) piezoelektrischen Element verbunden ist. Der Ventilkörper 63 umfasst einen Sitzabschnitt 65, der im Wesentlichen die gleiche Form besitzt die die verjüngte Düsenöffnung 61. Es gibt einen Abschnitt 66 verringerten Durchmessers, zwischen dem Sitzabschnitt 65 und dem Verbindungsabschnitt 64 des Ventilkörpers 63. Wie in 3 gezeigt besitzt der Abschnitt 66 verringerten Durchmessers eine Neigung, die sich von dem Sitzabschnitt 65 unterscheidet. Konkret neigt sich der Abschnitt 66 verringerten Durchmessers von dem Bodenende hin zur Spitze schwächer als der Sitzabschnitt 65.The outwardly opening opening valve 62 has a valve body 63 exposing to the outside of the valve body 60 at the tip of the nozzle body 60, and a connecting portion 64 extending from the valve body 63, extending through the nozzle body 60 and having a (not shown) piezoelectric element is connected. The valve body 63 includes a seat portion 65 which has substantially the same shape as the tapered nozzle opening 61. There is a reduced diameter portion 66 between the seat portion 65 and the connecting portion 64 of the valve body 63. As in FIG 3 As shown, the reduced diameter portion 66 has a different slope than the seat portion 65 . Concretely, the reduced-diameter portion 66 inclines from the bottom end toward the tip more gently than the seat portion 65.

Wie durch die Zweipunktlinie in 3 angedeutet, ist die Düsenöffnung 61 geschlossen, während der Sitzabschnitt 65 an der Düsenöffnung 61 anliegt. Das piezoelektrische Element wird beim Anlegen einer Spannung daran verformt, und hebt somit das sich nach außen öffnende Ventil 62 entlang der Einspritzachse S an. Folglich bewegt sich der Sitzabschnitt 65, wie durch die durchgezogene Linie in 3 angedeutet weg von der Düsenöffnung 61, und öffnet somit die Düsenöffnung 61, sich zu öffnen. Wenn die Düsenöffnung 61 geöffnet ist, wird der Kraftstoff durch die Düsenöffnung 61 in eine sich bezüglich der Einspritzachse S neigende Richtung und sich radial von der Einspritzachse S ausbreitende Richtung eingespritzt. Konkret wird der Kraftstoff in Form eines Hohlkegels eingespritzt, dessen Mittelachse durch die Einspritzachse S definiert ist. Stoppt das Anlegen der Spannung an das piezoelektrische Element, nimmt das piezoelektrische Element wieder seine ursprüngliche Form an, bei der der Sitzabschnitt 65 des sich nach außen öffnenden Ventils 62 an der Düsenöffnung 61 anliegt und die Düsenöffnung 61 erneut schließt.As indicated by the two-dot line in 3 indicated, the nozzle opening 61 is closed, while the seat portion 65 rests against the nozzle opening 61. The piezoelectric element is deformed when a voltage is applied thereto, and thus lifts the outwardly opening valve 62 along the injection axis S. Consequently, the seat portion 65 moves as indicated by the solid line in FIG 3 indicated away from the nozzle opening 61, thus opening the nozzle opening 61 to open. When the nozzle hole 61 is opened, the fuel is injected through the nozzle hole 61 in a direction inclining with respect to the injection axis S and radially expanding from the injection axis S. Specifically, the fuel is injected in the form of a hollow cone whose central axis is defined by the injection axis S. When the voltage application to the piezoelectric element stops, the piezoelectric element returns to its original shape in which the seat portion 65 of the outwardly opening valve 62 abuts the nozzle hole 61 and the nozzle hole 61 closes again.

Sobald die an das piezoelektrische Element angelegte Spannung zunimmt, nimmt die Hubmenge des sich nach außen öffnenden Ventils 62 aus dem Zustand, in dem die Düsenöffnung 61 geschlossen wird, zu. Wie aus 3 deutlich wird, ist der Öffnungsgrad (also die effektive Querschnittsfläche) desto größer, je größer die Hubmenge der Düsenöffnung 61 wird. In diesem Fall, wird die effektive Querschnittsfläche durch den Abstand von der Düsenöffnung 61 zu dem Sitzabschnitt 65 definiert. Sobald die Hubmenge zunimmt, nimmt auch die Größe der Partikel des Kraftstoffnebels zu, der durch die Düsenöffnung 61 in die Brennkammer 17 eingespritzt wird. Umgekehrt nimmt, wenn die Hubmenge ansteigt, auch die Größe der Partikel des durch die Düsenöffnung 61 in die Brennkammer 17 eingespritzten Kraftstoffnebels zu. Auch strömt der Kraftstoff entlang dem Abschnitt 66 mit verringertem Durchmesser während er durch die Düsenöffnung 61 gelangt. Wenn die Hubmenge zunimmt, wird der Abschnitt 66 verringerten Durchmesser weiter von der Düsenöffnung 61 beabstandet und daher wird der Sprühwinkel des Kraftstoffs (also der Verjüngungswinkel des Hohlkegels) schmaler. Unterdessen gelangt der Abschnitt 66 verringerten Durchmessers näher an die Düsenöffnung 61, und daher wird der Sprühwinkel des Kraftstoffs (also der Verjüngungswinkel des Hohlkegels) breiter.As the voltage applied to the piezoelectric element increases, the lift amount of the outwardly opening valve 62 from the state in which the nozzle opening 61 is closed increases. How out 3 As is clear, the greater the lift amount of the nozzle hole 61 becomes, the greater the degree of opening (that is, the effective cross-sectional area). In this case, the effective cross-sectional area is defined by the distance from the nozzle opening 61 to the seat portion 65. FIG. As the lift amount increases, the particle size of the fuel spray injected through the nozzle hole 61 into the combustion chamber 17 also increases. Conversely, as the lift amount increases, the particle size of the fuel spray injected through the nozzle hole 61 into the combustion chamber 17 also increases. Also, the fuel flows along the reduced-diameter portion 66 while passing through the nozzle hole 61 . As the lift amount increases, the reduced-diameter portion 66 is further spaced from the nozzle hole 61, and therefore the spray angle of the fuel (i.e., the taper angle of the hollow cone) becomes narrower. Meanwhile, the reduced-diameter portion 66 comes closer to the nozzle hole 61, and therefore the spray angle of the fuel (that is, the taper angle of the hollow cone) becomes wider.

Auch wird angenommen, dass der Kraftstoffdruck konstant ist je breiter die effektive Querschnittsfläche ist, desto geringer wird die erreichte Einspritzrate. Hingegen nimmt die Einspritzrate zu, wenn sich die effektive Querschnittsfläche vergrößert. Wird die effektive Querschnittsfläche jedoch zu klein, wird die Wirkung der durch die Wandfläche der Einspritzöffnung verursachte Reibwiderstand auf den Kraftstoff so deutlich, dass die Einspritzrate niedrig wird. Somit gibt es einen Hubbetrag, zu dem die Kraftstoffeinspritzrate maximal wird. Die Kraftstoffeinspritzrate fällt ab, unabhängig davon ob die Hubmenge größer oder kleiner ist als die Maximalrate des Hubbetrags. Es sei angemerkt, dass dieser maximale Hubbetrag verhältnismäßig klein ist.Also, it is assumed that the fuel pressure is constant, the wider the effective cross-sectional area, the smaller the obtained becomes injection rate. On the other hand, the injection rate increases as the effective cross-sectional area increases. However, if the effective cross-sectional area becomes too small, the effect on the fuel of the frictional resistance caused by the wall surface of the injection hole becomes so remarkable that the injection rate becomes low. Thus, there is a lift amount at which the fuel injection rate becomes maximum. The fuel injection rate drops regardless of whether the lift amount is larger or smaller than the maximum rate of the lift amount. It should be noted that this maximum lift amount is relatively small.

Wie in 2 dargestellt besitzt der Deckenabschnitt 170 des Zylinderkopfs 13 eine Aussparung 173, die aus der Deckenfläche ausgenommen ist, und das Ende der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 6 ist in der Aussparung 173 aufgenommen. Die Innenfläche der Aussparung 173 besitzt eine derartige Steigung, dass ihr Innendurchmesser schrittweise hin zum Inneren der Brennkammer 17 zunimmt. Das Anordnen des Endes der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 6 an einer Position, die tiefer ist als die Deckenfläche des Zylinderkopfs 13, kann den Spalt zwischen der Oberseite 160 des Kolbens 16 und dem Ende der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 6 so breit wie möglich machen, wenn der Kolben 16 den oberen Totpunkt erreicht, während das geometrische Verdichtungsverhältnis zunimmt. Dies begünstigt das Bilden der wärmeisolierenden Gasschicht um die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht, wie später beschrieben wird. Ferner weitet sich der Spalt zwischen dem Ende der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 6 und der Innenfläche der Aussparung 173 so weit auf, um zu verhindern, dass sich der von dem Kraftstoffeinspritzventil 6 eingespritzte Kraftstoffnebel entlang der Deckenfläche des Zylinderkopf 13 aufgrund des Coanda-Effekts anlagert.As in 2 As shown, the ceiling portion 170 of the cylinder head 13 has a recess 173 recessed from the ceiling surface, and the tip end of the fuel injector 6 is received in the recess 173 . The inner surface of the recess 173 has such a slope that its inner diameter gradually increases toward the interior of the combustion chamber 17 . Locating the tip end of the fuel injection valve 6 at a position lower than the ceiling surface of the cylinder head 13 can make the gap between the top 160 of the piston 16 and the tip end of the fuel injection valve 6 as wide as possible when the piston 16 reaches top dead center while the geometric compression ratio increases. This promotes the formation of the heat-insulating gas layer around the air-fuel mixture layer as will be described later. Further, the gap between the tip end of the fuel injection valve 6 and the inner surface of the recess 173 widens enough to prevent the fuel spray injected from the fuel injection valve 6 from adhering along the ceiling surface of the cylinder head 13 due to the Coanda effect.

Ein Kraftstoffzufuhrsystem 57 umfasst eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des sich nach außen öffnenden Ventils 62 und ein Kraftstoffzufuhrsystem, das den Kraftstoff an das Kraftstoffeinspritzventil 6 zuführt. Der Motor-Controller 100 gibt zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ein Einspritzsignal mit einer dem Hubbetrag entsprechenden Spannung an die elektrische Schaltung aus, und betreibt somit über die elektrische Schaltung das sich nach außen öffnende Ventil 62, so dass eine gewünschte Menge des Kraftstoffs in den Zylinder eingespritzt wird. Wird das Einspritzsignal nicht ausgegeben (also wenn das Einspritzsignal eine Spannung von null besitzt), wird die Düsenöffnung 61 durch das sich nach außen öffnende Ventil 62 geschlossen. Auf diese Weise wird der Betrieb des piezoelektrischen Elements durch das Einspritzsignal von dem Motor-Controller 100 gesteuert. Der Motor-Controller 100 steuert den Betrieb des piezoelektrischen Elements und steuert dadurch die Einspritzung des Kraftstoffs durch die Düsenöffnung 61 des Kraftstoffeinspritzventils 6 und den Hubbetrag zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung. Da das piezoelektrische Element leicht ansprechbar ist, können mehrstufige Einspritzungen durchgeführt werden, beispielsweise können in 1 bis 2 Millisekunden etwa zwanzig Einspritzungen durchgeführt werden. Die Einrichtungen zum Betreiben des sich nach außen öffnenden Ventils 62 sind jedoch nicht auf ein piezoelektrisches Element beschränkt.A fuel supply system 57 includes an electric circuit for driving the outwardly opening valve 62 and a fuel supply system that supplies the fuel to the fuel injection valve 6 . The engine controller 100 outputs an injection signal having a voltage corresponding to the lift amount to the electric circuit at a predetermined timing, and thus operates the outward opening valve 62 via the electric circuit so that a desired amount of fuel is injected into the cylinder becomes. When the injection signal is not output (that is, when the injection signal has zero voltage), the nozzle orifice 61 is closed by the valve 62 opening outward. In this way, the operation of the piezoelectric element is controlled by the injection signal from the engine controller 100. FIG. The engine controller 100 controls the operation of the piezoelectric element, thereby controlling the injection of the fuel through the nozzle opening 61 of the fuel injection valve 6 and the lift amount at the time of fuel injection. Because the piezoelectric element is easily responsive, multi-stage injections can be performed, for example, about twenty injections can be performed in 1 to 2 milliseconds. However, the means for operating the outwardly opening valve 62 is not limited to a piezoelectric element.

Wenngleich nicht gezeigt, ist das Kraftstoffzufuhrsystem mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe und einem Common Rail versehen. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe führt den Kraftstoff, der aus einem Kraftstofftank durch eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe zugeführt wurde, unter Druck an das Common Rail zu, welches den unter Druck zugeführten Kraftstoff bei einem vorgegebenen Kraftstoffdruck speichert. Dann wird das Kraftstoffeinspritzventil 6 betrieben (also das sich nach außen öffnende Ventil 62 wird angehoben) um den in dem Common Rail gespeicherten Kraftstoff durch die Düsenöffnung 61 einzuspritzen. Eine Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung weist den Motor-Controller 100 und das Kraftstoffeinspritzventil 6 auf.Although not shown, the fuel supply system is provided with a high-pressure fuel pump and a common rail. The high-pressure fuel pump pressure-feeds the fuel that has been fed from a fuel tank by a low-pressure fuel pump to the common rail, which stores the pressure-fed fuel at a predetermined fuel pressure. Then, the fuel injection valve 6 is operated (that is, the outwardly opening valve 62 is lifted) to inject the fuel stored in the common rail through the nozzle hole 61 . A fuel injection control unit includes the engine controller 100 and the fuel injection valve 6 .

Wie später detailliert beschrieben wird, ist die Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung derart eingerichtet, dass eine (verbrennbare) Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und eine die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht umgebende wärmeisolierende Gasschicht in der Brennkammer 17 gebildet werden können (also in der Kavität 163), wie schematisch in 2 gezeigt ist.As will be described later in detail, the fuel injection control unit is configured such that a (combustible) air-fuel mixture layer and a heat-insulating gas layer surrounding the air-fuel mixture layer can be formed in the combustion chamber 17 (that is, in the cavity 163 ), as schematically in 2 is shown.

Dieser Motor 1 ist eingerichtet, um quasi im gesamten Betriebsspektrum, das in dem Zylinder 11 gebildete Kraftstoff/Luft-Gemisch durch Kompressionszündung (also durch gesteuerte Selbstzündung, (eng. CAI)) zu verbrennen. Der Motor 1 umfasst ein Zündungsassistenzsystem 56 um das Kraftstoff/Luft-Gemisch bei Zündung in einer vorgegebenen Umgebung beim Zünden zu unterstützen. Das Zündungsassistenzsystem 56 kann beispielsweise eine Entladungskerze sein, die der Brennkammer 17 zugewandt angeordnet ist. Mit anderen Worten ermöglicht das Anlegen von gesteuerten Impulsen einer hohen Spannung an der Elektrode der Entladungskerze, eine extrem kurze Pulsentladung in der Brennkammer 17 zu erzeugen, dass eine Stromentladung in der Brennkammer erzeugt wird, wodurch Ozon in dem Zylinder entsteht. Das Ozon unterstützt die CAI. Es sei angemerkt, dass das Zündungsassistenzsystem nicht als Entladungskerze zur Erzeugung von Ozon ausgebildet sein muss, sondern auch eine „Spur“-Kerze zur Unterstützung der CAI sein kann, indem durch eine Funkenentladung Energie auf das Kraftstoff/Luft-Gemisch aufgebracht wird.This engine 1 is set up to burn the fuel/air mixture formed in the cylinder 11 by compression ignition (ie by controlled self-ignition (CAI)) virtually over the entire operating spectrum. The engine 1 includes an ignition assistance system 56 in order to assist the fuel/air mixture in igniting in a predetermined environment. Ignition assistance system 56 can be a discharge candle, for example, which is arranged facing combustion chamber 17 . In other words, applying controlled pulses of high voltage to the electrode of the discharge plug to generate an extremely short pulse discharge in the combustion chamber 17 enables current discharge to be generated in the combustion chamber, thereby generating ozone in the cylinder. The ozone supports the CAI. It should be noted that the ignition assistance system does not have to be designed as a discharge candle to generate ozone, but can also be a "spur" candle to support CAI by applying energy to the fuel/air mixture through a spark discharge.

Der Motor 1 beinhaltet ferner ein AGR-System 512, welches eingerichtet ist, ein verbranntes Gas wieder in den Zylinder 11 einzubringen. Das AGR-System 512 beinhaltet sowohl ein äußeres AGR-System zur Wiedereinbringung des verbrannten Gases in den Zylinder 11 durch eine AGR-Passage, die den Auspuff und die Ansaugpassagen 191 und 181 des Motors 1 verbindet, als auch ein internes AGR-System, um es einem Teil des verbrannten Gases in dem Zylinder 11 zu ermöglichen, im Wesentlichen in dem Zylinder 11 zu verbleiben.The engine 1 further includes an EGR system 512 configured to reintroduce burned gas into the cylinder 11 . The EGR system 512 includes both an external EGR system for reintroducing the burned gas into the cylinder 11 through an EGR passage connecting the exhaust and intake passages 191 and 181 of the engine 1, and an internal EGR system to to allow part of the burned gas in the cylinder 11 to remain substantially in the cylinder 11 .

Der Motor-Controller 100 ist ein Controller, der einen aus dem Stand der Technik bekannten Mikrocomputer als Grundelement beinhaltet. Der Motor-Controller 100 beinhaltet eine CPU (Hauptprozessor), die Programme ausführt, einen Speicher, der beispielsweise als RAM oder ROM eingerichtet ist und Programme und Daten speichert, und einen I/O-Bus, der elektrische Signale ein- und ausgibt.The motor controller 100 is a controller that includes a prior art microcomputer as a basic element. The motor controller 100 includes a CPU (main processor) that executes programs, a memory configured as RAM or ROM, for example, that stores programs and data, and an I/O bus that inputs and outputs electric signals.

Der Motor-Controller 100 empfängt zumindest ein Signal, das die Strömungsrate von Ansaugluft von einem Luftmassenmesser 51 angibt, ein Kurbelwellenwinkel-Impulssignal von einem Kurbelwellenwinkelsensor 52, ein Gaspedal-Öffnungssignal von einem Gaspedal-Öffnungssensor 53, der den Grad des Herunterdrückens des Gaspedals erfasst, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 54, das Signal Kühlwassertemperatur des Motors 1 von einem Wassertemperatursensor 58, ein Ansaugtemperatursignal von einem Ansaugtemperatursensor 59, ein Ansaugdrucksignal von einem Ansaugdrucksensor 510 und ein Sauerstoffkonzentration-im-Abgas-Signal von einem linearen Sauerstoffsensor 511. Auf Grundlage dieser Eingangssignale berechnet der Motor-Controller 100 Parameter zur Steuerung des Motors 1, etwa ein Soll-Drosselöffnungssignal, Kraftstoffeinspritzimpuls, Zündungsassistenzsignal, und Ventilphasenwinkelsignal. Dann gibt der Motor-Controller 100 diese Signale an das Drosselventil 55 (insbesondere einen Drosselaktuator, der das Drosselventil 55 bedient), den VVT-Mechanismus 23, 24, das Kraftstoffzufuhrsystem 57, das Zündungsassistenzassistenzsystem 56, das AGR-System 510, und so weiter aus.The engine controller 100 receives at least a signal indicative of the flow rate of intake air from an air flow meter 51, a crank angle pulse signal from a crank angle sensor 52, an accelerator pedal opening signal from an accelerator pedal opening sensor 53 which detects the degree of depression of the accelerator pedal, a vehicle speed signal from a vehicle speed sensor 54, the engine 1 cooling water temperature signal from a water temperature sensor 58, an intake temperature signal from an intake temperature sensor 59, an intake pressure signal from an intake pressure sensor 510, and an oxygen concentration in exhaust gas signal from a linear oxygen sensor 511. Based on these input signals the engine controller 100 calculates parameters for controlling the engine 1, such as a target throttle opening signal, fuel injection pulse, ignition assist signal, and valve phase angle signal. Then the engine controller 100 gives these signals to the throttle valve 55 (specifically, a throttle actuator operating the throttle valve 55), the VVT mechanism 23, 24, the fuel delivery system 57, the ignition assist assist system 56, the EGR system 510, and so on out of.

Das geometrische Verdichtungsverhältnis ε des Motors 1 soll größer gleich 15 sein, wie oben beschrieben. Das geometrische Verdichtungsverhältnis kann kleiner gleich 40 sein, und liegt geeigneterweise im Bereich von 20 bis 35. Der Motor 1 ist eingerichtet, ein Expansionsverhältnis zu haben, das mit zunehmenden Verdichtungsverhältnis ansteigt. Somit hat der Motor 1 ein hohes Verdichtungsverhältnis und gleichzeitig ein vergleichsweise hohes Expansionsverhältnis. Ein hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis stabilisiert die CAI-Verbrennung.The geometric compression ratio ε of the engine 1 should be greater than or equal to 15, as described above. The geometric compression ratio may be less than or equal to 40, and is suitably in the range 20 to 35. The engine 1 is arranged to have an expansion ratio that increases as the compression ratio increases. Thus, the engine 1 has a high compression ratio and at the same time a comparatively high expansion ratio. A high geometric compression ratio stabilizes CAI combustion.

Die Brennkammer 17 wird durch die Innenwandfläche des Zylinders 11, die Oberseite 160 des Kolbens 16, die Unterseite (also die Deckenfläche 170) des Zylinderkopfs 13 und die jeweiligen Ventilkopfflächen des Ansaugventils 21 und des Auslassventils 22 gebildet. Wärmeabschirmungsschichten werden jeweils an den obengenannten Flächen vorgesehen, um den Kühlverlust zu verringern. Dies isoliert die Brennkammer 17 von Hitze. Die Wärmeabschirmungsschichten können an allen oder einem Teil der definierenden Flächen vorgesehen sein. Ferner kann die Wärmeabschirmungsschicht auch an den Wandflächen der Ansaugöffnung 18 und der Abgasöffnung 19 nahe der Öffnungen an dem Deckenabschnitt 170 der Brennkammer 17 vorgesehen sein, obgleich solche Wandflächen nicht diejenigen Wandflächen sind, welche die Brennkammer 17 unmittelbar definieren.The combustion chamber 17 is formed by the inner wall surface of the cylinder 11, the top 160 of the piston 16, the bottom (i.e., the top surface 170) of the cylinder head 13, and the valve head surfaces of the intake valve 21 and the exhaust valve 22, respectively. Heat shield layers are respectively provided on the above faces to reduce cooling loss. This isolates the combustion chamber 17 from heat. The heat shield layers may be provided on all or part of the defining surfaces. Further, the heat shielding layer may also be provided on the wall surfaces of the intake port 18 and the exhaust port 19 near the openings on the ceiling portion 170 of the combustion chamber 17, although such wall surfaces are not the wall surfaces that define the combustion chamber 17 directly.

Diese Wärmeabschirmungsschichten sind ausgestaltet, um eine geringere thermische Leitfähigkeit als das Grundmetallglied zu haben, welches die Brennkammer 17 bildet, um im Wesentlichen zu verhindern, dass die Wärme des Verbrennungsgases in der Brennkammer 17 durch die definierenden Flächen abgeführt wird.These heat shield layers are designed to have lower thermal conductivity than the base metal member forming the combustion chamber 17 to substantially prevent the heat of the combustion gas in the combustion chamber 17 from being dissipated through the defining surfaces.

Die Wärmeabschirmungsschichten haben geeigneterweise eine geringere spezifische volumetrische Wärme als die Grundglieder, um den Kühlverlust zu verringern. Mit anderen Worten ist es deshalb vorteilhaft, die thermische Kapazität der Wärmeabschirmungsschichten zu verringern, so dass die Temperatur der die Brennkammer 17 definierenden Flächen sich gemäß der Änderung in der Gastemperatur in der Brennkammer 17 ändert.The heat shield layers suitably have a lower specific volumetric heat than the base members to reduce cooling loss. In other words, it is therefore advantageous to reduce the thermal capacity of the heat shield layers so that the temperature of the surfaces defining the combustion chamber 17 changes according to the change in gas temperature in the combustion chamber 17 .

Die Wärmeabschirmungsschichten können gebildet werden, indem ein Grundglied mit einem keramischen Material wie beispielsweise ZrO2 durch Plasma-Spritzbeschichtung beschichtet wird. Das keramische Material kann eine große Anzahl von Poren haben. Dies ermöglicht es, dass die thermische Leitfähigkeit und die volumetrische spezifische Wärme der Wärmeabschirmungsschichten weiter verringert werden.The heat shield layers can be formed by coating a base member with a ceramic material such as ZrO 2 by plasma spray coating. The ceramic material can have a large number of pores. This allows the thermal conductivity and volumetric specific heat of the heat shield layers to be further reduced.

Gemäß dieser Ausführungsformen ermöglichen nicht nur das Übernehmen der Wärmeabschirmungsstruktur für die Brennkammer, sondern auch das Bilden einer wärmeisolierenden Gasschicht in der Brennkammer 17, während der Motor 1 warm ist (also eine Temperatur größer gleich einer vorgegebenen Temperatur hat), dass der Kühlverlust deutlich verringert werden kann.According to these embodiments, not only adopting the heat shield structure for the combustion chamber but also forming a heat-insulating gas layer in the combustion chamber 17 while the engine 1 is warm (that is, at a temperature greater than or equal to a predetermined temperature) allows the cooling loss to be significantly reduced can.

Insbesondere das Einspritzen des Kraftstoffs durch das Spitzenende der Einspritzdüse der Kraftstoffeinspritzungsventils 6 in den Hohlraum 163 bei oder nach dem Verdichtungstakt derart, dass eine Gasschicht beinhaltend frische Luft in einem Randbereich innerhalb der Brennkammer 17 gebildet wird und eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht in dem Zentralbereich der Kammer gebildet wird, ermöglicht die Implementierung einer Schichtstruktur, bei der die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht in dem Zentralbereich innerhalb des Hohlraums 163 in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 6 gebildet wird und eine wärmeisolierende Gasschicht beinhaltend frische Luft gebildet wird, um die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht wie in 2 dargestellt zu umgeben. Wenn hierbei Bezug genommen wird auf die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht, kann die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht als eine Schicht definiert sein, die ein verbrennbares Kraftstoff/Luft-Gemisch aufweist, bei dem es sich um ein Kraftstoff/Luft-Gemisch mit z.B. einem Kraftstoff/Luft-Äquivalenzverhältnis φ von 0,1 oder mehr handelt. Je länger die Zeit, die seit dem Start des Einspritzens von Kraftstoff verstrichen ist, desto mehr verteilt sich der Sprühnebel des Kraftstoffs. Somit ist die Größe der Kraftstoff/Luft-Gemischschicht die Größe, die zum Zeitpunkt der Zündung gemessen wird. Ein Kraftstoff kann als gezündet betrachtet werden, wenn beispielsweise das Brennmassenverhältnis des Kraftstoffs größer gleich 1 % wird. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch zündet in der Nähe des oberen Totpunkts der Verdichtung.Specifically, injecting the fuel through the tip end of the injection nozzle of the fuel injection valve 6 into the cavity 163 on or after the compression stroke such that a Gas layer including fresh air is formed in a peripheral area inside the combustion chamber 17 and an air-fuel mixture layer is formed in the central area of the chamber, enables implementation of a layered structure in which the air-fuel mixture layer is formed in the central area inside the cavity 163 in is formed in the vicinity of the fuel injection valve 6 and a heat-insulating gas layer including fresh air is formed to cover the air-fuel mixture layer as in FIG 2 shown to surround. Here, when referring to the fuel/air mixture layer, the fuel/air mixture layer may be defined as a layer comprising a combustible fuel/air mixture, which is a fuel/air mixture with, for example, a fuel/air equivalent ratio φ is 0.1 or more. The longer the time that has elapsed since the start of fuel injection, the more the spray of fuel spreads. Thus, the size of the fuel/air mixture layer is the size measured at the time of ignition. A fuel can be considered ignited when, for example, the fuel mass ratio of the fuel becomes greater than or equal to 1%. The fuel/air mixture ignites near compression top dead center.

Die wärmeisolierende Gasschicht kann im Wesentlichen aus frischer Luft bestehen oder zusätzlich ein verbranntes Gas (also ein AGR-Gas) sowie frische Luft beinhalten. Es gibt kein Problem, selbst wenn die wärmeisolierende Gasschicht eine geringe Menge des Kraftstoffs beinhaltet. Eher muss die wärmeisolierende Gasschicht magerer sein als die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht, um als eine wärmeisolierende Schicht zu wirken. Wie später beschrieben werden wird, wenn die Last an dem Motor 1 ansteigt, um die Menge an eingespritztem Kraftstoff zu erhöhen, wird die wärmeisolierende Gasschicht eine Schicht sein, die eine kleine Menge des Kraftstoffs umfasst, wird aber immer noch magerer an Kraftstoff sein als es die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht ist.The heat-insulating gas layer may consist mainly of fresh air, or may additionally include a burnt gas (ie, an EGR gas) and fresh air. There is no problem even if the heat-insulating gas layer contains a small amount of the fuel. Rather, the heat-insulating gas layer needs to be leaner than the air-fuel mixture layer to function as a heat-insulating layer. As will be described later, when the load on the engine 1 increases to increase the amount of injected fuel, the heat-insulating gas layer will be a layer including a small amount of the fuel but will still be fuel-lean than it is the fuel/air mixture layer.

Wenn das Kraftstoff/Luft-Gemisch CAI-Verbrennung in einem Zustand erzeugt, bei dem eine wärmeisolierende Gasschicht und eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht wie in 2 gezeigt gebildet wurden, verhindert die wärmeisolierende Gasschicht, die sich zwischen der Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und der Wandfläche der Brennkammer 17 befindet, nicht nur im Wesentlichen, dass die Flamme der Kraftstoff/Luft-Gemischschicht mit der Wandfläche der Brennkammer 17 in Berührung kommt, sondern fungiert auch als wärmeisolierende Schicht, um im Wesentlichen Wärme daran zu hindern, aus dem Inneren der Brennkammer 17 auf die Wandfläche der Brennkammer 17 übertragen zu werden.When the fuel-air mixture generates CAI combustion in a state where a heat-insulating gas layer and a fuel-air mixture layer as in 2 have been formed, the heat-insulating gas layer interposed between the air-fuel mixture layer and the wall surface of the combustion chamber 17 not only substantially prevents the flame of the air-fuel mixture layer from contacting the wall surface of the combustion chamber 17, but also functions as a heat insulating layer to substantially prevent heat from being transmitted from inside the combustion chamber 17 to the wall surface of the combustion chamber 17 .

Es sei angemerkt, dass das ledigliche Verringern des Kühlverlusts ermöglichen kann, dass sich die Abnahme des Kühlverlusts in einen Abgasverlust wandelt, was nicht auf besondere Weise zur Verbesserung des angegebenen Wärmewirkungsgrads beiträgt. Jedoch wandelt dieser Motor 1 die Energie des Verbrennungsgases, entsprechend der Abnahme in dem Kühlverlust, effizient in mechanische Arbeit um, indem das Expansionsverhältnis, das mit der Zunahme in dem Verdichtungsverhältnis einhergeht, erhöht wird. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass der Motor 1 den angegeben Wärmewirkungsgrad deutlich verbessert, indem eine Ausgestaltung zur Verringerung sowohl des Kühlverlusts als auch des Abgasverlusts ausgeführt wird.It should be noted that merely reducing the cooling loss may allow the cooling loss decrease to be converted into an exhaust gas loss, which does not particularly contribute to the improvement of the specified thermal efficiency. However, this engine 1 efficiently converts the energy of the combustion gas into mechanical work corresponding to the decrease in the cooling loss by increasing the expansion ratio accompanying the increase in the compression ratio. In other words, the engine 1 remarkably improves the specified thermal efficiency by performing a configuration to reduce both the cooling loss and the exhaust gas loss.

Um eine solche Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und eine solche wärmeisolierende Gasschicht in der Brennkammer 17 zu bilden, ist der Gasfluss innerhalb der Brennkammer 17 auf geeignete Weise zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung schwach. Zu diesem Zweck sind die Ansaugöffnungen eingerichtet, eine gerade Form zu haben, welche die Entstehung eines Wirbels innerhalb der Brennkammer 17 entweder verhindert oder deutlich verringert und um die Tumble-Strömung so schwach wie möglich zu halten.In order to form such an air-fuel mixture layer and such a heat-insulating gas layer in the combustion chamber 17, the gas flow within the combustion chamber 17 is suitably weak at the time of fuel injection. To this end, the intake openings are arranged to have a straight shape, which either prevents or significantly reduces the creation of a vortex within the combustion chamber 17 and to keep the tumble flow as weak as possible.

(Details der Kraftstoffeinspritzungssteuerung)(Details of Fuel Injection Control)

4 veranschaulicht ein beispielhaftes Bedienkennfeld des Motors 1. Dieses Bedienkennfeld ist in der Lastrichtung in einen Leicht-bis-Halblastbereich A, einen Halb-bis-Volllastbereich B und einen Volllastbereich C unterteilt. Der Leicht-bis-Volllastbereich A, der Leicht-bis-Volllastbereich B und der Volllastbereich C unterscheiden sich hauptsächlich bezüglich des Einspritzmodus. 4 12 illustrates an example operation map of the engine 1. This operation map is divided into a light to half load range A, a half to full load range B, and a full load range C in the load direction. The light-to-full load range A, the light-to-full load range B, and the full-load range C differ mainly in the injection mode.

Der Leicht-bis-Halblastbereich A ist ein Bereich, in dem die Last an dem Motor 1 die Schwächste ist. Da die Last die schwächste ist, wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff die Kleinste. In diesem Leicht-bis-Halblastbereich A wird eine CAI-Verbrennung mit einem Kraftstoff/Luft-Gemischschicht und einer wärmeisolierenden Gasschicht durchgeführt, umfassend im Wesentlichen keinen Kraftstoff, der wie obenstehend beschrieben in der Brennkammer 17 gebildet wurde. Gleichwohl nicht dargestellt spritzt das Kraftstoffeinspritzventil 6 den Kraftstoff während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts in den Zylinder 11 ein. Der Kraftstoff kann entweder nur einmal oder mehrere Male eingespritzt wurden. Das Einspritzen des Kraftstoffs während dem Verbrennungstakt-Zeitraum, bei der der Druck und die Temperatur in dem Zylinder 11 im Wesentlichen hoch werden, verhindert im Wesentlichen, dass der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffnebel sich länger fortbewegt als erwartet. Somit kann in dem Zentralbereich der Brennkammer 17 eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht gebildet werden und eine wärmeisolierende Gasschicht kann um die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht gebildet werden. Die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht zündet spontan in der Umgebung des oberen Verdichtungstotpunkts. Es sei angemerkt, dass in diesem Leicht-bis-Halblastbereich A ein Teil des verbrannten Gases durch das AGR-System 512 in den Zylinder 11 eingeleitet wird.The light to half load range A is a range where the load on the engine 1 is the weakest. Since the load is the weakest, the amount of fuel injected becomes the smallest. In this light to half load range A, CAI combustion is performed with an air-fuel mixture layer and a heat-insulating gas layer containing substantially no fuel formed in the combustion chamber 17 as described above. Although not shown, the fuel injection valve 6 injects the fuel into the cylinder 11 during the second half of the compression stroke. The fuel can be injected either just once or multiple times. Injecting the fuel during the combustion stroke period when the pressure and temperature in the cylinder 11 becomes substantially high substantially prevents the fuel spray injected into the cylinder from traveling longer than expected. Thus, in the central area of the combustion chamber 17 an air-fuel mixture layer can be formed, and a heat-insulating gas layer can be formed around the air-fuel mixture layer. The air-fuel mixture layer spontaneously ignites in the vicinity of compression top dead center. It should be noted that in this light to half load range A, part of the burned gas is introduced into the cylinder 11 through the EGR system 512 .

Der Volllastbereich C ist ein Bereich, in dem die Last an dem Motor 1 die Stärkste ist. Da die Last die Stärkste ist, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs die Größte. Es dem Kraftstoff zu ermöglichen, spontan in dem Volllastbereich C zu zünden, würde es dem Druck ermöglichen, so steil währen der Verbrennung anzusteigen, dass der Verbrennungsgeräuschpegel ansteigt. Somit wird in dem Volllastbereich C der Zündzeitpunkt verzögert bis hin zu einem vorgegeben Zeitpunkt während dem Arbeitstakts, was dazu führt, dass sich der Zündzeitpunkt mit einem Zeitpunkt überschneidet, wenn die Druckrate während dem Betrieb des Motors den negativen Maximalwert erreicht. Dies verringert die Druckanstiegsrate während der Verbrennung und senkt den Verbrennungsgeräuschpegel.The full load range C is a range where the load on the engine 1 is the heaviest. Since the load is the strongest, the amount of fuel injected becomes the largest. Allowing the fuel to ignite spontaneously in the full load range C would allow the pressure to rise so steeply during combustion that the combustion noise level increases. Thus, in the full load range C, the ignition timing is retarded up to a predetermined timing during the power stroke, causing the ignition timing to overlap with a timing when the pressure rate reaches the negative maximum value during engine operation. This reduces the rate of pressure increase during combustion and lowers the combustion noise level.

Jedoch fällt die Temperatur in dem Zylinder 11 ab, wenn der Arbeitstakt voranschreitet. Somit würde ein zu starkes Verzögern des Zündzeitpunkts ein unbeabsichtigtes Feuer verursachen. Insbesondere besitzt dieser Motor 1 ein so hohes geometrisches Verdichtungsverhältnis, dass die Temperatur in dem Zylinder 11 während dem Arbeitstakt schnell abfällt. Daher ist es schwierig, den Zündzeitpunkt bis zu einem Punkt zu verzögern, an dem der Verbrennungsgeräuschpegel ausreichend verringert werden kann.However, the temperature in the cylinder 11 drops as the power stroke progresses. Thus, retarding the ignition timing too much would cause an accidental fire. In particular, this engine 1 has such a high geometric compression ratio that the temperature in the cylinder 11 drops rapidly during the power stroke. Therefore, it is difficult to retard the ignition timing to a point where the combustion noise level can be sufficiently reduced.

Somit führt der Motor in diesem Volllastbereich C zwei Kraftstoffeinspritzungen durch, nämlich eine Voreinspritzung 71 und eine Haupteinspritzung 72 nach der Voreinspritzung 71, führt also diskrete Einspritzungen durch, wie dies in 5 gezeigt ist. Indem der durch die Voreinspritzung 71 in den Zylinder 11 eingespritzte Kraftstoff eine Teiloxidationsreaktion verursacht, kann eine konstante Temperatur in dem Zylinder 11 beibehalten werden, selbst an oder nach dem oberen Verdichtungstotpunkt, was es dem durch die Haupteinspritzung 72 eingespritztem Kraftstoff ermöglicht, spontan während oder nach dem oberen Verdichtungstotpunkt zu zünden. Die Voreinspritzung wird durchgeführt, um die Innentemperatur des Zylinders abzuheben, wohingegen die Haupteinspritzung 72 durchgeführt wird, um eine spontane Zündung und Verbrennung während dem Arbeitstakt herbeizuführen.Thus, in this full-load range C, the engine carries out two fuel injections, namely a pre-injection 71 and a main injection 72 after the pre-injection 71, i.e. it carries out discrete injections, as is shown in 5 is shown. By having the fuel injected into the cylinder 11 by the pilot injection 71 causing a partial oxidation reaction, a constant temperature in the cylinder 11 can be maintained even at or after the compression top dead center, allowing the fuel injected by the main injection 72 to spontaneously during or after to ignite the compression top dead center. The pilot injection is performed to raise the internal temperature of the cylinder, while the main injection 72 is performed to induce spontaneous ignition and combustion during the power stroke.

5 zeigt einen Einspritzmodus im Volllastbereich C. Die obere Zeichnung aus 6 veranschaulicht Sprühnebel von einem in der Brennkammer 17 gebildeten Kraftstoffnebel, wenn die Voreinspritzung 71 in dem Vollastbereich C durchgeführt wird, und das untere Schaubild von 6 zeigt die Temperaturverteilung in der Brennkammer 17 in einer solchen Situation. Die obere Zeichnung aus 7 veranschaulicht schematisch Sprühnebel des Kraftstoffs, die in der Brennkammer 17 an dem oberen Verdichtungstotpunkt in dem Vollastbereich C gebildet werden, und das untere Schaubild aus 7 zeigt die Verteilung von Temperaturen in der Brennkammer 17 in einer solchen Situation. Die obere Zeichnung aus 8 veranschaulicht schematisch einen in der Brennkammer 17 gebildeten Kraftstoffnebel, wenn die Haupteinspritzung 17 in dem Vollastbereich abgeschlossen ist, und das untere Schaubild aus 8 zeit die Temperaturverteilung in der Brennkammer 17, wenn eine Hauptverbrennung stattfindet. 5 shows an injection mode in the full load range C. The drawing above 6 FIG. 12 illustrates sprays from a fuel mist formed in the combustion chamber 17 when the pilot injection 71 is performed in the high-load range C, and the lower diagram of FIG 6 shows the temperature distribution in the combustion chamber 17 in such a situation. The drawing above 7 FIG. 12 schematically illustrates sprays of fuel formed in the combustion chamber 17 at the compression top dead center in the high-load range C, and the lower diagram 7 shows the distribution of temperatures in the combustion chamber 17 in such a situation. The drawing above 8th FIG. 12 schematically illustrates a fuel spray formed in the combustion chamber 17 when the main injection 17 is completed in the high-load range, and the lower diagram 8th shows the temperature distribution in the combustion chamber 17 when main combustion takes place.

In dem Volllastbereich C stoppt der Motor-Controller 100 den Rückfluss des AGR-Gases. Der Motor-Controller 100 stoppt den Rückfluss des AGR-Gases, da die benötigte Last in dem Vollastbereich C so stark ist, dass ein Luftvolumen, das der Volllast entspricht, benötigt wird.In the full load range C, the engine controller 100 stops the reverse flow of the EGR gas. The engine controller 100 stops the reverse flow of the EGR gas because the required load in the full load range C is so heavy that an air volume corresponding to the full load is required.

Außerdem führt der Motor-Controller 100 Steuerung derart durch, dass der Überschussluftfaktor λ größer kleiner gleich einem in dem Vollastbereich C wird. Es wird nun der Kraftstoffeinspritzmodus in dem Vollastbereich detailliert beschrieben.In addition, the engine controller 100 performs control such that the excess air factor λ becomes greater than or equal to one in the full load range C. The fuel injection mode in the full load range will now be described in detail.

Die Voreinspritzung 71 wird, vor der mittleren Stufe des Verdichtungstakts durchgeführt. Insbesondere wird die Voreinspritzung 71 durchgeführt, nachdem das Ansaugventil 21 des Motors 1 während dem Verdichtungstakt geschlossen wurde. Die Voreinspritzung 71 kann beispielsweise zu einem solchen Zeitpunkt erfolgen, der es der Voreinspritzung ermöglicht, bei 120-190 Grad vor dem oberen Verdichtungstotpunkt zu enden.The pilot injection 71 is performed before the middle stage of the compression stroke. Specifically, the pilot injection 71 is performed after the intake valve 21 of the engine 1 is closed during the compression stroke. The pilot injection 71 can, for example, take place at such a point in time that allows the pilot injection to end at 120-190 degrees before compression top dead center.

Die Voreinspritzung 71 setzt sich aus einer vorgegebenen Anzahl (zum Beispiel zwei in dem Beispiel in 5) an Kraftstoffeinspritzungen 80, 80 zusammen, bei denen die Hubmenge des Kraftstoffeinspritzventils 6 größer festgelegt ist als der der Haupteinspritzung 72, und das Kraftstoffeinspritzintervall ist länger festgelegt als das der Haupteinspritzung 72. Da die Hubmenge angestiegen ist, besitzt der Nebel von durch die Voreinspritzung eingespritztem Kraftstoff eine größere Partikelgröße und einen größeren Impuls.The pre-injection 71 consists of a predetermined number (e.g. two in the example in 5 ) of fuel injections 80, 80 together in which the lift amount of the fuel injection valve 6 is set larger than that of the main injection 72, and the fuel injection interval is set longer than that of the main injection 72. As the lift amount has increased, the mist of injected by the pilot injection has Fuel has a larger particle size and momentum.

Außerdem verringert der längere Abstand zwischen den Einspritzungen den Unterdruck in der Umgebung der Einspritzachse 6 des Kraftstoffeinspritzventils 6. Der Strom des Sprühnebels, der in der Brennkammer 17 durch die Einspritzung des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzventil 6 gebildet wird, wird die Umgebungsluft einholen (oder ein Gas beinhaltend die Luft). Es ist jedoch für die Luft schwierig, in den Sprühnebel des Kraftstoffs zu gelangen, der durch das Ende der Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 6 in eine Hohlkegelform eingespritzt wurde. Ist das Intervall zwischen den Einspritzungen eng, verlangsamt sich die Wiederherstellung des Unterdrucks in der Umgebung der Einspritzachse S, und daher nimmt der Unterdruck zu. Ist das Intervall zwischen den Einspritzungen hingegen weit, wird die Wiederherstellung des Unterdrucks in der Umgebung der Einspritzachse S beschleunigt, und daher nimmt der Unterdruck ab.In addition, the longer interval between injections reduces the negative pressure in the vicinity of the injection axis 6 of the fuel injector 6. The flow of spray generated in the combustion chamber 17 by the injection of the Fuel formed by the fuel injection valve 6 will catch up with the ambient air (or a gas containing the air). However, it is difficult for the air to get into the spray of fuel injected through the tip end of the fuel injection valve 6 into a hollow cone shape. If the interval between injections is narrow, the recovery of the negative pressure in the vicinity of the injection axis S slows down, and therefore the negative pressure increases. On the other hand, when the interval between injections is long, the recovery of the negative pressure in the vicinity of the injection axis S is accelerated, and therefore the negative pressure decreases.

Der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs besitzt eine größere Partikelgröße, einen größeren Impuls und einen geringeren Unterdruck. Somit wird der Sprühnebel nicht leicht hin zu dem Unterdruck gezogen. Im Ergebnis breitet sich der Kraftstoffnebel bezüglich der Einspritzachse S des Kraftstoffeinspritzventils 6 als seine Mittelachse großflächig radial nach außen aus und legt eine verhältnismäßig lange Strecke zurück. Zu einem Zeitpunkt, wenn der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Kraftstoffnebel eine Teiloxidation verursacht, hat der Kraftstoffnebel einen radialen (also in der Radialrichtung des Zylinders 11) Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 erreicht. Vorliegend bezeichnet der „radiale Umfangsbereich eines Zylinders“ den äußeren Bereich, wenn der Zylinder radial in zwei Bereiche bei halbem Maximaldurchmesser geteilt wird, wie beispielsweise in 6 gezeigt. Der „radial mittlere Bereich des Zylinders“ bezeichnet hingegen vorliegend den inneren Bereich, wenn der Zylinder radial in zwei Bereiche bei halben Maximaldurchmesser geteilt wird. Anders gesagt wird die Voreinspritzung 71 zu einem solchen Zeitpunkt durchgeführt, der es dem Kraftstoffsprühnebel ermöglicht, den radialen Umfangsbereich 17 erreicht zu haben, wenn der Sprühnebel eine Oxidationsreaktion hervorruft. Im Ergebnis wird zu einem Zeitpunkt, wenn der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs eine Oxidationsreaktion hervorruft, die Konzentration des Kraftstoffs in dem radialen Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 höher als die des Kraftstoffs in dem radial mittigen Bereich 17a derselben.The spray of fuel injected by the pilot injector 71 has a larger particle size, larger momentum, and less negative pressure. Thus, the spray is not easily drawn toward the negative pressure. As a result, with respect to the injection axis S of the fuel injection valve 6 as its central axis, the fuel spray spreads radially outward in a large area and travels a relatively long distance. At a point of time when the fuel spray injected by the pilot injection 71 causes partial oxidation, the fuel spray has reached a radial (that is, in the radial direction of the cylinder 11) peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 . Here, the "radial peripheral area of a cylinder" means the outer area when the cylinder is radially divided into two areas at half the maximum diameter, such as in 6 shown. The “radial middle area of the cylinder”, on the other hand, designates the inner area when the cylinder is divided radially into two areas at half the maximum diameter. In other words, the pilot injection 71 is performed at such a timing that allows the fuel spray to have reached the radially peripheral portion 17 when the spray causes an oxidation reaction. As a result, at a time when the spray of fuel injected by the pilot injection 71 causes an oxidation reaction, the concentration of the fuel in the radially peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 becomes higher than that of the fuel in the radially central portion 17a thereof.

In diesem Fall wird die Voreinspritzung 71 durchgeführt, nachdem das Ansaugventil 21 wie obenstehend beschrieben geschlossen wurde. Somit hat sich der Strom der Ansaugluft bereits in gewissem Ausmaß eingependelt, und daher hat der Strom des Kraftstoffs, der den radialen Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 erreicht hat, die Neigung, dort zu verbleiben.In this case, the pilot injection 71 is performed after the intake valve 21 has been closed as described above. Thus, the flow of intake air has already leveled off to some extent, and therefore the flow of fuel that has reached the radial peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 tends to remain there.

Die Menge des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs wird dahingehend festgelegt, eine Menge zu sein, die durch ein solches Kraftstoff/Luft-Verhältnis definiert ist, bei dem der Kraftstoff eine Teiloxidationsreaktion hervorruft. Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis, bei dem der Kraftstoff eine Teiloxidationsreaktion hervorruft, kann ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis sein, zu dem der Überschussluftfaktor λ größer gleich 8 wird. Das Festlegen des Überschussluftfaktors λ dahingehend, größer gleich 8 zu sein, verringert die Reaktion bei der es CO in dem Kraftstoff ermöglicht wird, in CO2 umgewandelt zu werden. Das soll heißen, dass der Kraftstoff eine Oxidationsreaktion hervorruft, jedoch nur eine unzureichende thermale Flammreaktion hervorruft.The amount of fuel injected by the pilot injection 71 is set to be an amount defined by such an air-fuel ratio at which the fuel causes a partial oxidation reaction. The air-fuel ratio at which the fuel causes a partial oxidation reaction may be an air-fuel ratio at which the excess air factor λ becomes 8 or more. Setting the excess air factor λ to be greater than or equal to 8 reduces the reaction at which CO in the fuel is allowed to be converted into CO 2 . That is to say, the fuel produces an oxidation reaction, but produces an insufficient thermal flame reaction.

Unterdessen kann die Haupteinspritzung 72 durchgeführt werden, um zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Verdichtungstotpunkt zu beginnen, und zu einem Zeitpunkt nach dem oberen Verdichtungstotpunkt zu enden. Insbesondere kann der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung 72 dahingehend festgelegt werden, ein solcher Zeitpunkt zu sein, der es dem Kraftstoff ermöglicht, zu einem vorgegebenen verzögerten Zeitraum des Arbeitstakts zu zünden. Vorliegend bezeichnet der „vorgegebene verzögerte Zeitraum“ einen Verbrennungszeitraum, der sich mit einem Zeitpunkt überschneidet, bei dem die Druckanstiegsrate in dem Zylinder 11 während des Betriebs des Motors einen negativen Maximalwert erreicht.Meanwhile, the main injection 72 may be performed to start at a timing before the compression top dead center and end at a timing after the compression top dead center. In particular, the injection timing of the main injector 72 may be set to be such a timing that allows the fuel to ignite at a predetermined retarded period of the power stroke. Here, the “predetermined delayed period” means a combustion period that overlaps with a point in time when the rate of pressure increase in the cylinder 11 reaches a negative maximum value during operation of the engine.

Die Haupteinspritzung 72 weist eine vorgegebene Anzahl (beispielsweise sechs in dem in 5 veranschaulichten Beispiel) von Kraftstoffeinspritzungen 90, 90.... , auf, bei denen die Hubmenge des Kraftstoffeinspritzventils 6 festgelegt wird, um kleiner zu sein als die der Voreinspritzung 71 und bei denen das Kraftstoffeinspritzintervall festgelegt wird, um kürzer zu sein als das der Voreinspritzung 71. Dies bedeutet, dass der Sprühnebel des durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs eine kleinere Partikelgröße besitzt und einen kleineren Impuls. Ferner, da das Intervall zwischen den Kraftstoffeinspritzungen schmal ist, wird die Wiederherstellung des Unterdrucks in der Umgebung der Einspritzachse S des Kraftstoffeinspritzventils 6 wie obenstehend beschrieben verlangsamt, wodurch der Unterdruck in der Umgebung der Einspritzachse S ansteigt. Der Sprühnebel des durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs besitzt eine kleinere Partikelgröße und einen kleineren Impuls, und wird dadurch durch den Unterdruck so stark beeinflusst, dass er sich bezüglich der Einspritzachse S als Mittelachse weniger weit radial nach außen ausbreitet und nur eine verhältnismäßig kurze Stecke zurücklegt. Folglich neigt der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffsprühnebel dazu, in dem radial mittleren Bereich 17a der Brennkammer 17 zu verbleiben, wie in der oberen Zeichnung von 7 veranschaulicht ist. Im Ergebnis wird zu einem Zeitpunkt, wenn der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffsprühnebel zündet, die Konzentration des Kraftstoffs in dem radial mittigen Bereich 17a der Brennkammer 17 höher als die des Kraftstoffs in dem radialen Umfangsbereich 17b derselben.The main injection 72 has a predetermined number (e.g. six in the in 5 illustrated example) of fuel injections 90, 90...., in which the lift amount of the fuel injection valve 6 is set to be smaller than that of the pilot injection 71 and in which the fuel injection interval is set to be shorter than that of the pilot injection 71. This means that the spray of fuel injected by the main injector 72 has a smaller particle size and a smaller impulse. Further, since the interval between fuel injections is narrow, the recovery of the negative pressure in the vicinity of the injection axis S of the fuel injection valve 6 is slowed down as described above, whereby the negative pressure in the vicinity of the injection axis S increases. The spray of the fuel injected by the main injection 72 has a smaller particle size and a smaller impulse, and is thereby influenced by the negative pressure so much that it spreads less radially outward with the injection axis S as the central axis and only travels a relatively short distance . Consequently, the fuel spray injected by the main injector 72 tends to stay in the radially central portion 17a of the combustion chamber 17, as in FIG upper drawing of 7 is illustrated. As a result, at a time when the fuel spray injected by the main injection 72 ignites, the concentration of the fuel in the radially central portion 17a of the combustion chamber 17 becomes higher than that of the fuel in the radially peripheral portion 17b thereof.

Die Haupteinspritzung 72 ist eine Einspritzung, um eine Hauptverbrennung (also eine Verbrennung, die die größte Menge Wärme in einem Takt erzeugt) zu erzeugen, die ein Motordrehmoment erzeugt. Somit ist ihre Kraftstoffmenge dahingehend festgelegt, eine bezüglich dem erforderlichen Drehmoment angemessen bestimmte Menge zu sein. Beispielsweise werden bei der Haupteinspritzung 72 zumindest ¾ der Kraftstoff-Gesamtmenge eingespritzt, was die Summe der durch die Voreinspritzung 71 und der des durch den durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs ist.The main injection 72 is an injection to generate main combustion (that is, combustion that generates the largest amount of heat in one stroke) that generates engine torque. Thus, their fuel amount is set to be an appropriately determined amount with respect to the required torque. For example, in the case of the main injection 72, at least ¾ of the total fuel quantity is injected, which is the sum of the fuel injected by the pilot injection 71 and the fuel injected by the main injection 72.

Zunächst wird beschrieben, wie das durch die oben beschriebene Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72 zu verbrennen ist.First, how to combust by the pilot injection 71 and the main injection 72 described above will be described.

Die Voreinspritzung 71 wird während dem Verdichtungstakt durchgeführt, wie durch die obere Zeichnung in 6 dargestellt. Der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs bewegt sich hin zum radialen Umfangsabschnitt 17b der Brennkammer 17, wie obenstehend beschrieben ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur in der Brennkammer 17 eine radial gleichmäßige vorgegebene Temperatur (von beispielsweise 1000 K), wie in dem unteren Schaubild von 6 gezeigt ist.The pilot injection 71 is performed during the compression stroke as indicated by the upper drawing in FIG 6 shown. The spray of the fuel injected by the pilot injection 71 moves toward the radial peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 as described above. At this time, the temperature in the combustor 17 is a radially uniform predetermined temperature (e.g., 1000K) as in the lower graph of FIG 6 is shown.

Danach, sobald der Verdichtungstakt fortschreitet, steigt die Temperatur des Kraftstoff/Luft-Gemischs umfassend den durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffnebel mit der Verdichtung an.Thereafter, as the compression stroke progresses, the temperature of the air-fuel mixture including the fuel spray injected by the pilot injector 71 increases with compression.

Im Anschluss daran beginnt die Haupteinspritzung 72 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt vor dem oberen Verdichtungstotpunkt. Der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs geht, wie oben beschrieben, konzentriert hin zum radial mittigen Bereich 17a der Brennkammer 17 (siehe obere Zeichnung aus 7).Following this, the main injection 72 begins at a predetermined point in time before compression top dead center. As described above, the spray of fuel injected by the pilot injection 72 is concentrated toward the radially central portion 17a of the combustion chamber 17 (see the upper drawing of FIG 7 ).

Unterdessen verbleibt der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs in dem radialen Umfangsabschnitt 17b. Sobald die Zylinderinnentemperatur mit dem Verdichtungstakt ansteigt, wird der Kraftstoffnebel bald eine Oxidationsreaktion hervorrufen. Diese Oxidationsreaktion kann zum Beispiel in der Umgebung des oberen Verdichtungstotpunkt hervorgerufen werden. Jedoch ist der durch die Oxidationsreaktion hervorgerufene Temperaturanstieg nicht so deutlich, da diese Oxidationsreaktion eine Teiloxidationsreaktion ist. Ferner wird diese Teiloxidationsreaktion hauptsächlich in dem radialen Umfangsabschnitt 17b der Brennkammer 17 verursacht. Darum steigt die Zylinderinnentemperatur in dem radialen Umfangsbereich 17b steil an, wie in dem unteren Schaubild aus 7 gezeigt ist. Die Temperatur in dem radialen Umfangsbereich 17b kann beispielsweise um mehrere hundert Kelvin K ansteigen. Die Zweipunktstrichlinie in 7 deutet die Zylinderinnentemperatur an, wenn die Voreinspritzung 71 durchgeführt wird. In diesem Fall weitet sich das Kraftstoff/Luftgemisch in dem radialen Umfangsbereich 17b durch die Oxidationsreaktion aus, und daher ist das Kraftstoff/Luftgemisch oder die Luft in dem radial mittigen Bereich 17a adiabatischer Verdichtung ausgesetzt, und bekommt somit eine erhöhte Temperatur. Die Temperatur kann in dem radial mittigen Bereich 17a beispielsweise um mehrere zig K ansteigen.Meanwhile, the spray of the fuel injected by the pilot injection 71 remains in the radial peripheral portion 17b. Once the in-cylinder temperature rises with the compression stroke, the fuel spray will soon cause an oxidation reaction. This oxidation reaction can be caused, for example, in the vicinity of the compression top dead center. However, since this oxidation reaction is a partial oxidation reaction, the temperature rise caused by the oxidation reaction is not so remarkable. Further, this partial oxidation reaction is mainly caused in the radial peripheral portion 17 b of the combustion chamber 17 . Therefore, the in-cylinder temperature rises sharply in the radial peripheral portion 17b as shown in the lower graph 7 is shown. The temperature in the radial peripheral area 17b can rise by several hundred Kelvin K, for example. The two-dot-dash line in 7 indicates the in-cylinder temperature when the pilot injection 71 is performed. In this case, the air-fuel mixture in the radially peripheral portion 17b expands by the oxidation reaction, and therefore the air-fuel mixture or air in the radially central portion 17a undergoes adiabatic compression and thus becomes elevated in temperature. The temperature in the radially central portion 17a may rise by several tens of K, for example.

Es sei angemerkt, dass dadurch, dass der Rückstrom des AGR-Gases in dem Vollastbereich gestoppt wird, die Umgebung innerhalb der Brennkammer 17 sich in einem Zustand befindet, bei dem der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Sprühnebel des Kraftstoffs relativ leicht zu Oxidation neigt.It should be noted that by stopping the reverse flow of the EGR gas in the high-load range, the environment inside the combustion chamber 17 is in a state where the spray of fuel injected by the pilot injector 71 tends to be oxidized relatively easily.

Unterdessen wird die Haupteinspritzung 72 fortgesetzt, während der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Kraftstoff die Oxidationsreaktion hervorruft, und endet zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem oberen Verdichtungstotpunkt. Der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs gelangt konzentriert hin zu dem radial mittigen Bereich 17a der Brennkammer 17, die in der oberen Zeichnung aus 8 angedeutet. Die Temperatur in dem radial mittigen Bereich 17a ist durch die Teiloxidationsreaktion des Kraftstoffs in dem radialen Umfangsbereich 17b angestiegen, wie oben beschrieben. Somit wird die Temperatur des radial mittigen Bereichs 17a für eine Weile bei einer Temperatur gehalten, bei der der Kraftstoff spontan zünden kann, selbst nach dem Eintritt in dem Arbeitstakt. Im Ergebnis wird der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffnebel spontan bei einer vorgegebenen Zündzeitverzögerung zünden, nachdem die Einspritzung beendet wurde. Dies erzeugt die Hauptverbrennung, was die Temperatur in dem radial mittigen Bereich 17a veranlasst, steil anzusteigen, wie in der unteren Zeichnung aus 8 zu erkennen ist. In 8 gibt die Zweipunktstrichlinie die Zylinderinnentemperatur an, wenn der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Kraftstoff eine Oxidationsreaktion hervorruft.Meanwhile, the main injection 72 continues while the fuel injected by the pilot injection 71 causes the oxidation reaction, and ends at a predetermined timing after the compression top dead center. The spray of the fuel injected by the pilot injection 72 concentrates toward the radially central portion 17a of the combustion chamber 17 shown in the upper drawing 8th implied. The temperature in the radially central portion 17a has risen by the partial oxidation reaction of the fuel in the radially peripheral portion 17b as described above. Thus, the temperature of the radially central portion 17a is kept at a temperature at which the fuel can spontaneously ignite for a while even after entering the power stroke. As a result, the fuel spray injected by the main injector 72 will spontaneously ignite at a predetermined ignition timing delay after the injection has ended. This produces the main combustion, causing the temperature in the radially central portion 17a to rise sharply as shown in the drawing below 8th can be seen. In 8th the two-dot chain line indicates the in-cylinder temperature when the fuel injected by the pilot injection 71 causes an oxidation reaction.

Normalerweise gibt es bei einer verzögerten Hauptverbrennung eine zeitliche Begrenzung der Verzögerung. Das bedeutet, dass sobald der Ansaugtakt fortschreitet, die Zylinderinnentemperatur mit einer Volumenzunahme der Brennkammer 17 abfällt. Darum würde eine übermäßige Verzögerung der Hauptverbrennung ein unbeabsichtigtes Feuer verursachen. Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto höher die Abnahmerate bei der Zylinderinnentemperatur während dem Ansaugtakt. Somit ist die zulässige Länge der Verzögerung desto kürzer, je höher das Verdichtungsverhältnis ist. Das Aufrechterhalten der Temperatur in dem radial mittigen Bereich 17a, in dem sich der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffnebel verteilt, ermöglicht jedoch durch die Voreinspritzung 71 die zulässige Länge der Hauptverbrennung selbst nach dem oberen Verdichtungstotpunkt zu verlängern.Normally, with a delayed main burn, there is a time limit on the delay. That means that as soon as the As the intake stroke progresses, the in-cylinder temperature drops with an increase in volume of the combustion chamber 17 . Therefore, excessively delaying the main combustion would cause an accidental fire. The higher the compression ratio, the higher the rate of decrease in in-cylinder temperature during the intake stroke. Thus, the higher the compression ratio, the shorter the allowable length of deceleration. However, maintaining the temperature in the radially central region 17a where the fuel spray injected by the main injection 72 disperses makes it possible, by the pilot injection 71, to lengthen the allowable length of the main combustion even after the compression top dead center.

Dennoch würde die ausschließliche Anhebung der Zylinderinnentemperatur an oder nach dem oberen Verdichtungstotpunkt es dem durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoff ermöglichen, lokal zu zünden, bevor er sich mit der Luft in der Brennkammer 17 vermischt hat, was möglicherweise Ruß erzeugen würde. Jedoch kann das Induzieren des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffnebels die Oxidationsreaktion in einen anderen Bereich als den, in dem sich der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffnebel verteilt, einen übermäßigen Temperaturanstieg in dem Bereich verhindern, bei dem der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoffnebel verteilt wird. In der Folge verhindert dies im Wesentlichen, dass der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftstoff örtliche Verrußungen hervorruft.However, merely raising the in-cylinder temperature at or after compression top dead center would allow the fuel injected by the main injector 72 to ignite locally before mixing with the air in the combustion chamber 17, possibly producing soot. However, inducing the fuel spray injected by the pilot injection 71 the oxidation reaction in a region other than where the fuel spray injected by the main injection 72 disperses can prevent an excessive temperature rise in the region where the fuel spray injected by the main injection 72 disperses becomes. As a result, this substantially prevents the fuel injected through the main injector 72 from causing localized sooting.

Der somit verzögerte Verbrennungszeitraum der Hauptverbrennung (also ein Zeitraum, in dem der Kraftstoff ein Verbrennungsmassenverhältnis von 10 - 90 % besitzt) überschneidet sich mit einem Zeitpunkt, wenn die Druckanstiegsrate während dem Betrieb des Motors einen negativen Maximalwert erreicht. Alternativ überschneidet sich der Schwerpunkt der somit verzögerten Hauptverbrennung mit einem Zeitraum, bei dem die Brennkammer eine deutliche Unterdruckanstiegsrate besitzt (beispielsweise 10 bis 20 Grad nach dem oberen Verdichtungstotpunkt). Das bedeutet, dass die verzögerte Spontanzündung und Verbrennung in einem Zeitraum stattfindet, bei der die Druckanstiegsrate von Natur aus niedrig ist. Aus diesem Grund hat sich der Maximalwert der Druckanstiegsrate, wenn die Verbrennung als die verzögerte Spontanzündung und Verbrennung verwirklicht ist, verglichen mit dem Maximalwert der Druckanstiegsrate, wenn die Verbrennung als normale Spontanzündung und Verbrennung verwirklicht ist, deutlich verringert. Im Ergebnis wird der Geräuschpegel der Verbrennung (d.h. ein Teil des Geräuschs, Schwingung und Knirschen (englisch NVH)) der verzögerten Spontanzündung und Verbrennung verglichen mit dem Geräuschpegel der Verbrennung einer normalen Spontanzündung und Verbrennung deutlich verringert.The combustion period of the main combustion thus delayed (that is, a period in which the fuel has a combustion mass ratio of 10 - 90%) overlaps with a point in time when the pressure increase rate during the operation of the engine reaches a negative maximum value. Alternatively, the center of gravity of the main combustion thus delayed overlaps with a period in which the combustion chamber has a significant negative pressure rise rate (for example, 10 to 20 degrees after compression top dead center). This means that the delayed spontaneous ignition and combustion takes place in a period where the pressure rise rate is inherently low. For this reason, the maximum value of the pressure increase rate when the combustion is realized as the delayed spontaneous ignition and combustion has remarkably decreased compared to the maximum value of the pressure increase rate when the combustion is realized as the normal spontaneous ignition and combustion. As a result, the combustion noise level (i.e., part of the noise, vibration and crackle (NVH)) of delayed spontaneous ignition and combustion is significantly reduced compared to the combustion noise level of normal spontaneous ignition and combustion.

Es sei angemerkt, dass zum Verringern der Druckanstiegsrate während der Verbrennung die AGR-Menge erhöht werden muss. Das Anheben der AGR-Menge würde jedoch zu einer verringerten Frischluftmenge führen. Im Ergebnis könnte kein ausreichendes Drehmoment sichergestellt werden. Die Größe der Druckanstiegsrate wird insbesondere in einem Volllastbetrieb-Bereich zu einem Problem, in dem ein deutliches Drehmoment erforderlich ist. Hingegen stellt die obengenannte Ausgestaltung eine benötigte Frischluftmenge sicher, wodurch die Erzeugung eines ausreichenden Drehmoments sichergestellt wird.It should be noted that in order to decrease the pressure rise rate during combustion, the EGR amount needs to be increased. However, increasing the amount of EGR would result in a reduced amount of fresh air. As a result, sufficient torque could not be secured. The magnitude of the pressure increase rate becomes a problem particularly in a full load operation range where significant torque is required. On the other hand, the above configuration ensures a required amount of fresh air, thereby ensuring the generation of sufficient torque.

Unter Rückbezug auf das in 4 gezeigte Betriebskennfeld ist der Halb- bis Volllastbereich B ein Bereich, bei dem die Last an dem Motor 1 zwischen dem Leicht- bis Volllastbereich A und dem Volllastbereich C liegt. Im Halb- bis Volllastbereich B wird eine kleinere Kraftstoffmenge eingespritzt als im Vollastbereich C. Wird dem Kraftstoff in dem Halb- bis Volllastbereich B eine Spontanzündung ermöglicht, besteht kein Bedarf an einem verzögerten Zündzeitpunkt während dem Arbeitstakt, anders als im Vollastbereich C. Indessen bekommt der Halb- bis Volllastbereich B eine größere Menge Kraftstoff eingespritzt als der Leicht-bis-Halblastbereich A. Im Ergebnis erleichtert das die Bildung von Rauch in dem Halb- bis Volllastbereich B verglichen mit dem Leicht- bis Volllastbereich A. Es ist somit empfehlenswert, im Wesentlichen zu verhindern, dass die Kraftstoffkonzentration zu stark ansteigt, indem die Luft in der Brennkammer effektiv genutzt wird.Referring back to the in 4 As shown in the operation map, the half to full load range B is a range where the load on the engine 1 is between the light to full load range A and the full load C range. In the half to full load range B, a smaller amount of fuel is injected than in the full load range C. If the fuel is allowed to spontaneously ignite in the half to full load range B, there is no need for retarded ignition timing during the power stroke, unlike in the full load range C In the half to full load range B, a larger amount of fuel is injected than in the light to half load range A. As a result, it facilitates the generation of smoke in the half to full load range B compared to the light to full load range A. It is thus recommended substantially to prevent the fuel concentration from rising too much by effectively using the air in the combustion chamber.

In dem Halb-bis Schwerlastbereich B verhindert somit das oben beschriebene, breite Verteilen des Kraftstoffnebels in der Brennkammer unter Aufrechterhaltung der adiabatischen Funktion der Gasschicht oberhalb eines gewissen Ausmaßes im Wesentlichen die Entstehung von Rauch. Insbesondere, wie dies in 9 gezeigt ist, wird der Kraftstoff zweimal durch die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72 eingespritzt. 9 zeigt einen Kraftstoffeinspritzmodus in dem Halb-bis Volllastbereich B. 10 stellt schematisch eine in der Brennkammer 17, in dem Halb- bis Volllastbereich B gebildete Kraftstoff/Luft-Gemischschicht dar.Thus, in the medium to heavy load range B, the above-described wide distribution of the fuel spray in the combustion chamber while maintaining the adiabatic function of the gas layer above a certain extent substantially prevents smoke generation. In particular, like this in 9 As shown, the fuel is injected twice by the pilot injection 71 and the main injection 72. 9 shows a fuel injection mode in the half to full load range B. 10 12 schematically represents a fuel/air mixture layer formed in the combustion chamber 17 in the half to full load range B.

In dem Halb- bis Volllastbereich B veranlasst der Motor-Controller 100 das AGR-System 512, das AGR-Gas aus der Abgaspassage 191 in die Ansaugpassage 181 zurückzuströmen. In diesem Halb- bis Volllastbereich B ist das rückzuströmende AGR-Gas ein AGR-Gas, das durch einen AGR-Kühler gekühlt wurde.In the half to full load range B, the engine controller 100 causes the EGR system 512 to flow the EGR gas from the exhaust gas passage 191 back into the intake passage 181 . In this half to full load range B, the EGR gas to flow back is an EGR gas that has been cooled by an EGR cooler.

Der Motor-Controller 100 führt eine Steuerung derart durch, dass der Überschussluftfaktor λ durch Rückströmen des AGR-Gases in den Halb- bis Volllastbereich B nahezu gleich 1 wird (d.h. λ ≈ 1). Das Einstellen des Überschussluftfaktors λ ermöglicht es einem Dreiwege-Katalysator, die Abgasreinigungsfunktion durchzuführen. Als nächstes werden die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72 in dem Halb- bis-Volllastbereich B detailliert beschrieben.The engine controller 100 performs control such that the excess air factor λ becomes almost equal to 1 (ie, λ≈1) by reverse flow of the EGR gas in the half to full load range B. Adjusting the excess air factor λ enables a three-way catalyst to perform the exhaust gas purification function. Next, the pilot injection 71 and the main injection 72 in the half to full load range B will be described in detail.

Die Voreinspritzung 71 in dem Halb- bis- Volllastbereich B wird vor der mittleren Stufe des Verdichtungstakts durchgeführt. Insbesondere wird die Voreinspritzung 71 durchgeführt, nachdem das Einlassventil 21 des Motors 1 während dem Verdichtungstakt geschlossen wurde. Die Voreinspritzung 71 kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, der derart liegt, dass er es der Kraftstoffeinspritzung ermöglicht, bei 120 bis 90 Grad vor dem oberen Verdichtungstotpunkt zu enden. Alternativ kann die Voreinspritzung 71 auch über einen Zeitraum durchgeführt werden, der von dem Ansaugtakt bis zu ersten Hälfte des Verdichtungstakts reicht.The pilot injection 71 in the half to full load range B is performed before the middle stage of the compression stroke. Specifically, the pilot injection 71 is performed after the intake valve 21 of the engine 1 is closed during the compression stroke. For example, pilot injection 71 may be performed at a timing that allows fuel injection to end at 120 to 90 degrees before compression top dead center. Alternatively, the pre-injection 71 can also be carried out over a period of time that extends from the intake stroke to the first half of the compression stroke.

Die Voreinspritzung 71 wird bei einer relativ großen Hubmenge durchgeführt. Der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs besitzt eine größere Partikelgröße und einen größeren Impuls. Somit legt der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs eine relativ lange Strecke zurück.The pilot injection 71 is performed at a relatively large lift amount. The spray of fuel injected by the pilot injector 71 has a larger particle size and momentum. Thus, the spray of fuel injected by the pilot injector 71 travels a relatively long distance.

Ferner, da die Voreinspritzung 71 vor der Haupteinspritzung 72 durchgeführt wird, erreicht der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs den radialen (also in Radialrichtung des Zylinders 11) Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17, wenn die Haupteinspritzung 72 durchgeführt wird (vgl. 10). In dem radialen Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 verbleibt ein schmaler Spalt 17c (nachfolgend als „Quetschbereich“ bezeichnet) zwischen einem Umfangsabschnitt des Kolbens 16 und dem Deckenabschnitt des Zylinders 11. Zumindest zum Zeitpunkt der Zündung hat der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Kraftstoffnebel den Quetschbereich 17c erreicht. Mit anderen Worten wird die Voreinspritzung 71 zu einem Zeitpunkt durchgeführt, der derart liegt, dass er es ihrem Kraftstoffnebel ermöglicht, zum Zeitpunkt der Zündung den Quetschbereich 17c zu erreichen.Further, since the pilot injection 71 is performed before the main injection 72, the spray of the fuel injected by the pilot injection 71 reaches the radial (that is, in the radial direction of the cylinder 11) peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 when the main injection 72 is performed (see Fig. 10 ). In the radial peripheral area 17b of the combustion chamber 17, a narrow gap 17c (hereinafter referred to as “squish area”) remains between a peripheral portion of the piston 16 and the ceiling portion of the cylinder 11. At least at the time of ignition, the fuel spray injected by the pilot injection 71 has the squish area 17c reached. In other words, the pilot injection 71 is performed at such a timing as to allow its fuel spray to reach the squish area 17c at the timing of ignition.

In diesem Fall hat sich der Strom der Ansaugluft, wenn die Voreinspritzung 71 durchgeführt wurde, nachdem das Einlassventil 21 wie oben beschrieben geschlossen wurde, bereits zu einem gewissen Grad angesiedelt, und daher neigt der Kraftstoffnebel, der den radialen Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 erreicht hat, dazu, dort zu verbleiben.In this case, when the pilot injection 71 is performed after the intake valve 21 is closed as described above, the intake air flow has already settled to some extent, and therefore the fuel spray that has reached the radial peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 tends , to stay there.

Es sei angemerkt, dass die durch die Voreinspritzung eingespritzte Menge an Kraftstoff kleiner ist als die der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Menge.It should be noted that the amount of fuel injected by the pilot injection is smaller than that injected by the main injection 72 .

Die Haupteinspritzung 72 kann zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, der derart liegt, dass er es der Einspritzung ermöglicht, vor dem oberen Verdichtungstotpunkt und nach der Voreinspritzung 71 abgeschlossen zu sein. Die Haupteinspritzung 72 kann in einem Zeitraum durchgeführt werden, der von der letzten Stufe des Verdichtungstakts bis zur Anfangsstufe des Arbeitstakts andauert. Die Haupteinspritzung 72 ist eine mehrstufige Einspritzung, die eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzvorgängen umfasst.The main injection 72 may be performed at a timing that is such as to allow the injection to be completed before the compression top dead center and after the pilot injection 71 . The main injection 72 may be performed in a period lasting from the final stage of the compression stroke to the initial stage of the power stroke. The main injection 72 is a multi-stage injection that includes a plurality of fuel injection events.

Insbesondere umfasst die Haupteinspritzung 72 eine erste Gruppe von Einspritzungen 8 und eine zweite Gruppe von Einspritzungen 9. Die erste Gruppe von Einspritzungen 8 setzt sich aus einer vorgegebenen Anzahl (beispielsweise zwei in dem in 9 veranschaulichten Beispiel) von Kraftstoffeinspritzungen 80, 80 zusammen, bei denen die Hubmenge des Kraftstoffeinspritzventils 6 dahingehend festgelegt ist, größer zu sein als die der zweiten Gruppe von Einspritzungen 9 und das Kraftstoffeinspritzintervall dahingehend festgelegt ist, länger zu sein als das der zweiten Gruppe von Einspritzungen 9. Die zweite Gruppe Einspritzungen 9 weist eine vorgegebene Anzahl (beispielsweise vier in dem in 9 veranschaulichten Beispiel) an Kraftstoffeinspritzungen 90, 90... auf, bei denen die Hubmenge des Kraftstoffeinspritzventils 6 dahingehend festgelegt ist, kleiner zu sein als die der ersten Gruppe von Einspritzungen 8 und das Kraftstoffeinspritzintervall dahingehend festgelegt ist, kürzer zu sein das das der ersten Gruppe von Einspritzungen 8. Die Hubmenge der ersten Gruppe von Einspritzungen 8 ist ungefähr die gleiche wie diejenige der Voreinspritzung 71. Die Hubmenge der zweiten Gruppe von Einspritzungen 9 ist kleiner als diejenige der Voreinspritzung 71. Es sei angemerkt, dass die in 9 gezeigten Kraftstoffeinspritzungen 80 nicht unbedingt die gleiche Hubmenge besitzen wie die in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzungen 80. Ebenso besitzen die in 9 gezeigten Kraftstoffeinspritzungen 90 nicht unbedingt die gleiche Hubmenge wie die in 5 gezeigten Kraftstoffeinspritzungen 90.In particular, the main injection 72 comprises a first group of injections 8 and a second group of injections 9. The first group of injections 8 is composed of a predetermined number (e.g. two in the in 9 illustrated example) of fuel injections 80, 80 in which the lift amount of the fuel injection valve 6 is set to be larger than that of the second group of injections 9 and the fuel injection interval is set to be longer than that of the second group of injections 9 The second group of injections 9 has a predetermined number (e.g. four in the in 9 illustrated example) of fuel injections 90, 90... in which the lift amount of the fuel injection valve 6 is set to be smaller than that of the first group of injections 8 and the fuel injection interval is set to be shorter than that of the first group of injections 8. The lift amount of the first group of injections 8 is approximately the same as that of the pilot injection 71. The lift amount of the second group of injections 9 is smaller than that of the pilot injection 71. It should be noted that the in 9 Fuel injectors 80 shown do not necessarily have the same displacement as those in FIG 5 Fuel injections 80 shown 9 Fuel injectors 90 shown do not necessarily have the same displacement as those in FIG 5 shown fuel injections 90.

Die erste Gruppe von Kraftstoffeinspritzungen 8 bildet einen Sprühnebel des Kraftstoffs mit einer größeren Partikelgröße und besitzt wie obenstehend beschrieben einen ausgedehnten Unterdruckbereich und bildet daher in der Fortbewegungsrichtung einen Sprühnebel des sich über eine verhältnismäßig lange Strecke fortbewegenden und sich in Radialrichtung weit ausgebreiteten Kraftstoffs. Hingegen bildet die zweite Gruppe von Einspritzungen 9 einen Sprühnebel des Kraftstoffs mit einer kleineren Partikelgröße und besitzt einen geschrumpften Unterdruckbereich, und bildet daher einen Sprühnebel des sich in der Fortbewegungsrichtung fortbewegenden und schmal in der Radialrichtung ausgebreiteten Kraftstoffs.The first group of fuel injections 8 forms a spray of the fuel with a larger particle size and has a wide negative pressure region as described above and therefore forms in the direction of travel a spray of the relatively long-distance traveling and fuel spread far in the radial direction. On the other hand, the second group of injections 9 forms a spray of the fuel with a smaller particle size and has a shrunk negative pressure area, and therefore forms a spray of the fuel advancing in the traveling direction and narrowly spread in the radial direction.

Im Ergebnis dieser Kraftstoffeinspritzungen durch die erste und zweite Gruppe von Einspritzungen 8 und 9 hat sich der Kraftstoffnebel zum Zeitpunkt der Zündung (also zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem oberen Verdichtungstotpunkt) bereits weitflächig bis zu einem gewissen Ausmaß in der Radialrichtung innerhalb der Brennkammer 17 ausgebreitet.As a result of these fuel injections by the first and second groups of injectors 8 and 9, at the time of ignition (that is, at a predetermined time after compression top dead center), the fuel spray has already spread widely to some extent in the radial direction within the combustion chamber 17.

Insbesondere wird durch die Voreinspritzung 71 zu einem verhältnismäßig frühen Zeitpunkt ein Kraftstoffnebel mit einer verhältnismäßig großen Partikelgröße (also mit einem größeren Impuls) eingespritzt. Somit wird zumindest zu einem Zeitpunkt, zu dem die Voreinspritzung 72 durchgeführt wird, ein Kraftstoff/Luftgemisch gebildet, bei dem der Kraftstoff in dem radialen Umfangsbereich 17b stärker konzentriert ist als in dem radial mittigen Bereich 17a in der Brennkammer 17. In diesem Fall ermöglicht es die Durchführung der Voreinspritzung 71 als einstufige Einspritzung dem Kraftstoffnebel, sich verglichen mit der Durchführung der Voreinspritzung 71 als mehrstufige Einspritzungen über eine längere Strecke fortzubewegen.In particular, a fuel spray with a relatively large particle size (that is, with a larger pulse) is injected by the pre-injection 71 at a relatively early point in time. Thus, at least at a point in time when the pilot injection 72 is performed, an air-fuel mixture is formed in which the fuel is more concentrated in the radially peripheral area 17b than in the radially central area 17a in the combustion chamber 17. In this case, it enables conducting the pilot injection 71 as a single-stage injection allows the fuel spray to travel a longer distance compared to conducting the pilot injection 71 as multi-stage injections.

Danach wird ein Kraftstoffnebel mit einer verhältnismäßig kleinen Partikelgröße (also mit einem kleineren Impuls) zu einem verhältnismäßig späten Zeitpunkt durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzt, um einen erweiterten Unterdruckbereich zu bilden. Somit wird zumindest zu einem Zeitpunkt der Zündung, in der Brennkammer 17 ein Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet, bei dem der Kraftstoff in dem radial mittigen Bereich 17a eine höhere Konzentration besitzt als in dem radialen Umfangsbereich 17b. In diesem Fall bildet die Kombination der ersten Gruppe von Einspritzungen 8, bei der die Hubmenge des Kraftstoffeinspritzventils 6 dahingehend festgelegt ist, relativ groß zu sein und das Kraftstoffeinspritzintervall bei der zweiten Gruppe von Einspritzungen 9, bei der die Hubmenge dahingehend festgelegt ist, verhältnismäßig klein zu sein, in der Fortbewegungsrichtung einen Kraftstoffnebel des Kraftstoffs, der eine verhältnismäßig lange Strecke in der Fortbewegungsrichtung zurücklegt und sich in der Radialrichtung weit ausbreitet und einen Sprühnebel des Kraftstoffs, der eine verhältnismäßig kurze Stecke in der Fortbewegungsrichtung zurücklegt und sich schmal in der Radialrichtung ausbreitet, was es ermöglicht, dass sich der Kraftstoffnebel weit in dem radial mittigen Bereich 17a der Brennkammer 17 ausbreitet.Thereafter, a fuel spray having a relatively small particle size (i.e., having a smaller impulse) is injected at a relatively late timing through the main injector 72 to form an extended vacuum region. Thus, at least at a point in time of ignition, a fuel/air mixture is formed in the combustion chamber 17, in which the fuel has a higher concentration in the radial central area 17a than in the radial peripheral area 17b. In this case, the combination of the first group of injections 8 in which the lift amount of the fuel injection valve 6 is set to be relatively large and the fuel injection interval in the second group of injections 9 in which the lift amount is set to be relatively small be, in the direction of travel, a fuel spray of fuel that travels a relatively long distance in the direction of travel and spreads widely in the radial direction, and a spray of fuel that travels a relatively short distance in the direction of travel and spreads narrowly in the radial direction, which it allows the fuel spray to spread widely in the radially central portion 17 a of the combustion chamber 17 .

Es sei angemerkt, dass der Sprühnebel des durch die erste Gruppe von Einspritzungen 8 eingespritzten Kraftstoffs nur eine längere Strecke zurücklegt und sich radial weiter ausbreitet, als der Sprühnebel des durch die zweite Gruppe von Einspritzungen 9 eingespritzten Kraftstoffs. Somit legt der Sprühnebel des durch die erste Gruppe von Einspritzungen 8 eingespritzten Kraftstoffs eine kürzere Strecke zurück und breitet sich radial weniger weit aus als der Sprühnebel des durch die Voreinspritzung 71 eingespritzten Kraftstoffs.It should be noted that the spray of fuel injected by the first group of injectors 8 only travels a longer distance and spreads further radially than the spray of fuel injected by the second group of injectors 9 . Thus, the spray of fuel injected by the first group of injectors 8 travels a shorter distance and spreads less radially than the spray of fuel injected by the pilot injector 71 .

Wie obenstehend beschrieben weist die die Voreinspritzung 71 den Sprühnebel des verteilten Kraftstoffs in dem radialen Umfangsbereich 17b der Brennkammer 17 in einer größeren Menge auf als in dem radial mittigen Bereich 17a derselben. Andererseits weist die Haupteinspritzung 72 den Kraftstoffnebel mit einer größeren Menge in dem radial mittigen Bereich 17a der Brennkammer 17 auf als in dem radialen Umfangsbereich 17b derselben. Diese Vor- bzw. Haupteinspritzungen 71, 72 bilden ein Kraftstoff/Luft-Gemisch, das in der Brennkammer 17 radial weiter verteilt wird als zum Zeitpunkt der Zündung. Das soll heißen, dass diese Vor- und Haupteinspritzungen 71, 72 im Wesentlichen verhindern, dass sich ein Abschnitt mit einer lokal höheren Kraftstoffkonzentration bildet.As described above, the pilot injection 71 has the spread fuel spray in the radial peripheral portion 17b of the combustion chamber 17 in a larger amount than in the radially central portion 17a thereof. On the other hand, the main injection 72 has the fuel spray in a larger amount in the radially central portion 17a of the combustion chamber 17 than in the radially peripheral portion 17b thereof. These pre-injections and main injections 71, 72 form a fuel/air mixture which is distributed further radially in the combustion chamber 17 than at the time of ignition. That is to say, these pilot and main injections 71, 72 substantially prevent a locally higher fuel concentration section from being formed.

Wenn dann die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72 abgeschlossen sind, wird der Kraftstoff zünden. Dies bedeutet, dass der Kraftstoffnebel zündet, nachdem ein Kraftstoff/Luft-Gemisch gebildet wurde, dass sich in der Brennkammer 17 radial weit verteilen soll. Somit verhindert dies im Wesentlichen, dass Rauch entsteht.Then, when the pilot injection 71 and the main injection 72 are completed, the fuel will ignite. This means that the fuel spray ignites after a fuel/air mixture has been formed that is intended to be widely distributed radially in the combustion chamber 17 . Thus, this essentially prevents smoke from being produced.

In diesem Fall wird die Voreinspritzung 71 verhältnismäßig früh durchgeführt, jedoch ist die Menge an durch die Voreinspritzung 71 eingespritztem Kraftstoff kleiner als die durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Menge Kraftstoff und ist nicht so groß, was die Vermeidung einer verfrühten Zündung ermöglicht. Ferner ist in diesem Betriebsbereich das AGR-Gas als ein Inertgas in der Brennkammer 17 vorhanden. Dies ermöglicht im Wesentlichen auch zu vermeiden, dass die Voreinspritzung 71 den Sprühnebel verfrüht zündet.In this case, the pilot injection 71 is performed relatively early, but the amount of fuel injected by the pilot injection 71 is smaller than the amount of fuel injected by the main injection 72 and is not so large, enabling prevention of premature ignition. Further, in this operation range, the EGR gas is present as an inert gas in the combustion chamber 17 . This also essentially makes it possible to avoid the pre-injection 71 igniting the spray prematurely.

(Kraftstoffeinspritzsteuerung im Halb- bis Volllastbereich)(Fuel injection control in the half to full load range)

In dem Halb- bis Volllastbereich B wird der Kraftstoff wie oben beschrieben quasi zweimal eingespritzt, durch die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72. In diesem Fall kann abhängig vom Druckzustand in dem Zylinder 11, dem Temperaturzustand in dem Zylinder 11 und der Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder 11 der durch die Voreinspritzung 71 in den Zylinder 11 eingespritzte Kraftstoff während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidationsreaktion hervorrufen. Sobald die Teiloxidationsreaktion hervorgerufen wurde, steigt die Temperatur in dem Zylinder 11 dementsprechend an. Somit wird der durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzte Kraftsoff spontan zünden, noch bevor ihm eine ausreichende Zündzeitverzögerung gewährt wurde, wodurch er entweder Rauch produziert oder den Verbrennungszeitraum während dem Arbeitstakt verlängert, um die CO-Emission zu steigern.In the half to full load range B, the fuel is injected almost twice, as described above, by the pilot injection 71 and the main injection 72. In this case, depending on the pressure condition in the cylinder 11, the temperature condition in the cylinder 11 and the oxygen concentration in the cylinder 11 injected into the cylinder 11 by the pilot injection 71 Fuel cause a partial oxidation reaction during the second half of the compression stroke. Once the partial oxidation reaction has been induced, the temperature in the cylinder 11 rises accordingly. Thus, the fuel injected by the main injector 72 will spontaneously ignite before it has been given sufficient ignition timing retard, thereby either producing smoke or extending the combustion period during the power stroke to increase CO emissions.

11 zeigt eine beispielhafte Variation bei der Wärmeerzeugungsrate in dem Zylinder 11 in dem Halb- bis Volllastbereich B. 12 zeigt eine beispielhafte Variation der Durchschnittstemperatur in dem Halb-bis Volllastbereich B. Die gestrichelten Kennlinien in 11 und 12 zeigen eine Situation, bei der der Kraftstoff zweimal eingespritzt wurde, durch die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72, und zeigen ein Beispiel, bei dem der durch die Voreinspritzung 71 eingespritzte Kraftstoff während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidationsreaktion bewirkt. Wie in 11 dargestellt führt die Erzeugung der Teiloxidationsreaktion zur Erzeugung von Wärme, wenn auch nur von einer kleinen Menge. Ferner steigt, wie in 12 dargestellt, die Temperatur in dem Zylinder 11 ebenfalls an. 11 12 shows an example variation in the heat generation rate in the cylinder 11 in the half to full load range B. 12 shows an exemplary variation of the average temperature in the half to full load range B. The dashed characteristic curves in 11 and 12 show a situation where the fuel was injected twice, by the pilot injection 71 and the main injection 72, and show an example where the fuel injected by the pilot injection 71 causes a partial oxidation reaction during the second half of the compression stroke. As in 11 shown, the generation of the partial oxidation reaction results in the generation of heat, albeit a small amount. Furthermore, as in 12 shown, the temperature in the cylinder 11 also indicates.

Das Durchführen der Haupteinspritzung 72 in einem solchen Zustand ermöglicht es dem durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoff, sich spontan in der Umgebung des oberen Verdichtungstotpunkts zu entzünden, ohne dass ihm eine ausreichende Zündzeitverzögerung gewährt wurde. Die unzureichende Vermischung von Kraftstoff und Luft führt zur Entstehung von Rauch. Ferner ermöglicht die unzureichende Vermischung des Kraftstoffs und der Luft, dass die Wärme fortwährend erzeugt wird, selbst während der zweiten Hälfte der Verbrennung, was somit einen Anstieg der CO-Emissionen verursacht.Performing the main injection 72 in such a state allows the fuel injected by the main injection 72 to spontaneously ignite in the vicinity of the compression top dead center without being given a sufficient ignition timing retard. Insufficient mixing of fuel and air leads to the formation of smoke. Furthermore, the insufficient mixing of the fuel and the air allows the heat to be generated continuously even during the latter half of the combustion, thus causing an increase in CO emissions.

Somit bestimmt bei diesem Motor 1 der Motor-Controller 100, ob es während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird. Lautet die Antwort JA, führt der Motor-Controller 100 zwischen der Voreinspritzung 71 und der Haupteinspritzung 72 eine durch die Phantomlinie in 9 angedeutete Zwischen-Einspritzung durch. Die latente Verdampfungswärme des durch die Zwischen-Einspritzung in den Zylinder 11 eingespritzten Kraftstoffnebels führt zu einem Temperaturabfall in dem Zylinder 11, und unterbindet somit das Eintreten der Teiloxidationsreaktion.Thus, in this engine 1, the engine controller 100 determines whether a partial oxidation reaction will occur during the second half of the compression stroke. If the answer is YES, the engine controller 100 performs an injection through the phantom line in between the pilot injection 71 and the main injection 72 9 indicated intermediate injection through. The vaporization latent heat of the fuel spray injected into the cylinder 11 by the intermediate injection causes a temperature drop in the cylinder 11, thus preventing the partial oxidation reaction from occurring.

Der Motor-Controller 100 schätzt auf Grundlage der durch den Wassertemperatursensor 58 detektierten Kühlwassertemperatur und der durch den Ansaugluftsensor 59 detektierten Ansauglufttemperatur den Temperaturzustand in dem Zylinder 11. Auch schätzt der Motor-Controller 100 auf Grundlage des durch den Ansaugluftsensor 510 detektieren Ansaugluftdrucks den Druckzustand in dem Zylinder 11. Der Motor-Controller 100 schätz ferner auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das durch den Linear-Sauerstoffsensor 511 detektiert wurde, die Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder 11, und bestimmt somit, ob es während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird. Beispielsweise kann der Motor-Controller 100 im Vorfeld auf Grundlage eines vorgegebenen Modells und den jeweiligen, obenstehend beschriebenen Parametern bestimmen, ob es zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird oder nicht. Alternativ kann der Motor-Controller 100 auch später auf Grundlage der Bestandteile des Abgases bestimmen, dass die Teiloxidationsreaktion eingetreten ist.The engine controller 100 estimates the temperature state in the cylinder 11 based on the cooling water temperature detected by the water temperature sensor 58 and the intake air temperature detected by the intake air sensor 59 Cylinder 11. The engine controller 100 further estimates the oxygen concentration in the cylinder 11 based on the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the linear oxygen sensor 511, and thus determines whether there is a partial oxidation reaction during the second half of the compression stroke will come. For example, the engine controller 100 may determine in advance whether or not a partial oxidation reaction will occur based on a predetermined model and the particular parameters described above. Alternatively, the engine controller 100 may later determine that the partial oxidation reaction has occurred based on the constituents of the exhaust gas.

Die Zwischen-Einspritzung 73 wird während einem vorgegebenen Zeitraum zwischen der Voreinspritzung 71 und der Haupteinspritzung 72 durchgeführt, wie durch die Punktlinien in 9 angedeutet ist. Die Zwischen-Einspritzung 73 ist eine einstufige Kraftstoffeinspritzung. Die Zwischen-Einspritzung 73 wird durchgeführt, bevor während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts die Teiloxidationsreaktion eintritt. Wie oben beschrieben wird die Zwischen-Einspritzung 73 geeigneterweise durchgeführt, bevor die Teiloxidationsreaktion eintritt, um das Eintreten der Teiloxidationsreaktion zu verhindern, in dem die Temperatur in dem Zylinder 11 mit der latenten Verdampfungshitze des eingespritzten Kraftstoffs gesenkt wird.The intermediate injection 73 is performed during a predetermined period between the pilot injection 71 and the main injection 72 as indicated by the dotted lines in FIG 9 is indicated. The intermediate injection 73 is a single-stage fuel injection. The intermediate injection 73 is performed before the partial oxidation reaction occurs during the second half of the compression stroke. As described above, the intermediate injection 73 is suitably performed before the partial oxidation reaction occurs in order to prevent the partial oxidation reaction from occurring by lowering the temperature in the cylinder 11 with the latent heat of vaporization of the injected fuel.

Ein verfrühtes Durchführen der Zwischen-Einspritzung 73 würde die Temperatur in dem Zylinder 11 mit der latenten Verdampfungshitze vor einem Zeitraum absenken, bei dem die Teiloxidationsreaktion eintreten wird. In diesem Fall würde die Funktion zur Verhinderung des Eintretens der Teiloxidationsreaktion nicht ausreichend durchgeführt werden. Ferner würde der durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzte Kraftstoff auch der Hochtemperatur/Hochdruck-Umgebung in dem Zylinder 11 ausgesetzt werden, was möglicherweise währen der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts die Teiloxidationsreaktion verursachen würde. Somit wird die Zwischen-Einspritzung 73 geeigneterweise zu einem Zeitpunkt durchgeführt, der derart ist, dass er es dem durch die Zwischen-Einspritzung 73 eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, während oder nach der Zündung des durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs spontan zu zünden.Performing the intermediate injection 73 prematurely would lower the temperature in the vaporization latent heat cylinder 11 before a period at which the partial oxidation reaction will occur. In this case, the function of preventing the partial oxidation reaction from occurring would not be sufficiently performed. Further, the fuel injected by the intermediate injection would also be exposed to the high-temperature/high-pressure environment in the cylinder 11, possibly causing the partial oxidation reaction during the second half of the compression stroke. Thus, the intermediate injection 73 is suitably performed at a timing that allows the fuel injected by the intermediate injection 73 to spontaneously ignite during or after the ignition of the fuel injected by the main injection 72 .

Dies gibt der Zwischen-Einspritzung 73 ein verhältnismäßig langes Intervall zwischen sich 73 und der auf sie folgenden Haupteinspritzung 72. Konkret ist das Intervall zwischen dem Ende der Einspritzung der Zwischen-Einspritzung 73 und dem Beginn der Haupteinspritzung 72 länger als das Intervall zwischen ersten und zweiten Einspritzungen der Haupteinspritzung 72, bei der es sich um eine Mehrstufen-Einspritzung handelt. Dies verhindert im Wesentlichen, dass der Sprühnebel der durch die Zwischen-Einspritzung 73 eingespritzten Kraftstoffs sich mit dem Sprühnebel des durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs überlagert. Dies trägt vorteilhafterweise dazu bei, den Kühlverlust zu senken, indem die Verbrennungstemperatur gesenkt wird und im Wesentlichen die Entstehung von Rauch verhindert wird, indem eine lokale Bildung eines übermäßig dichten Kraftstoff/Luft-Gemischs beseitigt wird.This gives the intermediate injection 73 a relatively long interval between itself 73 and the main injection 72 that follows it. Concretely, the interval between the end of injection of the intermediate injection 73 and the start of the main injection 72 is longer than the interval between first and second injections of the main injection 72 which is multi-stage injection. This substantially prevents the spray of fuel injected by the intermediate injection 73 from interfering with the spray of fuel injected by the main injection 72 . This advantageously helps reduce cooling loss by lowering combustion temperature and substantially preventing smoke generation by eliminating local formation of an overly dense fuel/air mixture.

Die Menge des durch die Zwischen-Einspritzung 73 eingespritzten Kraftstoffs ist kleiner als diejenige des durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoffs. Da die Zwischen-Einspritzung 73 zu einem früheren Zeitpunkt beginnt als die Haupteinspritzung 72, sind Temperatur und Druck in dem Zylinder 11 zum Zeitpunkt der Zwischen-Einspritzung 73 noch nicht ausreichend hoch. Somit wird es immer wahrscheinlicher, dass sich der in den Zylinder 11 eingespritzte Kraftstoffnebel länger fortbewegt als erwartet, und möglicherweise mit der Wandfläche der Brennkammer 17 in Kontakt gelangt. Dies ist nachteilig beim Bilden der das Kraftstoff/Luft-Gemisch umgebenden Gasschicht. Aus diesem Grund ist die Menge an durch die Zwischen-Einspritzung 73 eingespritztem Kraftstoff verhältnismäßig gering. Ferner ermöglicht die Verringerung des durch die Zwischen-Einspritzung 73 eingespritzten Kraftstoffs die Einspritzung von viel Kraftstoff durch die Haupteinspritzung 72. Dies begünstigt das Motordrehmoment in dem Halb- bis Volllast-Bereich B, in dem die Gesamtmenge an eingespritztem Kraftstoff ansteigt.The amount of fuel injected by the intermediate injection 73 is smaller than that of fuel injected by the main injection 72 . Since the intermediate injection 73 starts earlier than the main injection 72, the temperature and pressure in the cylinder 11 at the time of the intermediate injection 73 are not yet sufficiently high. Thus, the fuel spray injected into the cylinder 11 becomes more and more likely to travel longer than expected and possibly come into contact with the wall surface of the combustion chamber 17 . This is disadvantageous when forming the gas layer surrounding the fuel/air mixture. For this reason, the amount of fuel injected by the intermediate injector 73 is relatively small. Further, reducing the fuel injected by the intermediate injector 73 enables the injection of much fuel by the main injector 72. This favors the engine torque in the half to full load range B where the total amount of fuel injected increases.

In den 11 und 12 gibt die durchgezogene Kennlinie eine beispielhafte Abweichung der Wärmeerzeugungsrate und eine beispielhafte Abweichung der Durchschnittstemperatur in dem Zylinder 11 an, jeweils in einer Situation in der die Voreinspritzung 71, die Zwischen-Einspritzung 73 und die Haupteinspritzung 72 durchgeführt werden. Wie obenstehend beschrieben ermöglicht das Durchführen der Zwischen-Einspritzung 73 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, dass die Temperatur in dem Zylinder 11 wie in 12 gezeigt gesenkt wird, was somit im Wesentlichen verhindert, dass die Teiloxidationsreaktion eintritt (vgl. 11). Dem durch die Haupteinspritzung 72 eingespritzten Kraftstoff wird ermöglicht, spontan und ohne die Gewährung einer ausreichenden Zündzeitverzögerung zu zünden. In 11 ist der Höhepunkt der Wärmeerzeugung, die mit der Spontanzündung einhergeht, wie durch die durchgezogene Kennlinie angegeben, in Bezug auf den Höhepunkt der Wärmeerzeugung, wie durch die gestrichelte Kennlinie angegeben, verzögert. Auch endet die Verbrennung rasch während der zweiten Hälfte der Verbrennung. Dies ermöglicht es, die CO-Emission zu senken. Auf diese Weise wird die Teiloxidationsreaktion in dem Volllastbereich C absichtlich genutzt, wohingegen ein Eintreten der Teiloxidationsreaktion in dem Halb- bis Volllastbereich B im Wesentlichen verhindert wird.In the 11 and 12 the solid line indicates an exemplary deviation of the heat generation rate and an exemplary deviation of the average temperature in the cylinder 11, each in a situation where the pilot injection 71, the intermediate injection 73 and the main injection 72 are performed. As described above, performing the intermediate injection 73 at a predetermined timing allows the temperature in the cylinder 11 to be as shown in FIG 12 shown is lowered, thus essentially preventing the partial oxidation reaction from occurring (cf. 11 ). The fuel injected by the main injector 72 is allowed to ignite spontaneously and without allowing sufficient ignition timing retard. In 11 the peak of heat generation accompanying the spontaneous ignition as indicated by the solid line is delayed with respect to the peak of heat generation as indicated by the broken line. Also, the combustion ends quickly during the second half of the combustion. This makes it possible to reduce CO emissions. In this way, the partial oxidation reaction in the full load range C is intentionally utilized, whereas the partial oxidation reaction in the half to full load range B is substantially prevented from occurring.

Es sei angemerkt, dass bei den in den 5 und 9 gezeigten Beispielen die Voreinspritzung 71 und die Haupteinspritzung 72 jeweils als Mehrstufen-Einspritzung verwirklicht sind, die eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen umfassen. Alternativ können die Kraftstoffeinspritzungen auch fortwährend unter Beibehaltung des konstanten Hubbetrags des Kraftstoffeinspritzventils 6 für eine vorgegebene Zeit durchgeführt werden. Selbst in diesem Fall kann der Kraftstoffnebel auch auf die gleiche Weise gebildet werden wie bei den mehrstufigen Einspritzungen.It should be noted that in the 5 and 9 In the examples shown, the pilot injection 71 and the main injection 72 are each implemented as a multi-stage injection, which includes a plurality of fuel injections. Alternatively, the fuel injections may be continuously performed while keeping the lift amount of the fuel injection valve 6 constant for a predetermined time. Even in this case, the fuel spray can also be formed in the same manner as in the multi-stage injections.

Bei dem oben-beschriebenen Beispiel wird als Kraftstoffeinspritzventil 6 ein sich nach außen öffnendes Kraftstoffeinspritzventil 6 verwendet. Beispielsweise kann ein Injektor vom VCO-Typ (Valve Covered Orifice) die effektive Querschnittsfläche der Einspritzdüsenöffnung auch verändern, indem der Kavitätsgrad, der durch die Düsenöffnung erzeugt wird, angepasst wird. Folglich, selbst wenn der in der 5 oder 9 dargestellte Kraftstoffeinspritzmodus angewendet wird, kann eine Kraftstoff/Luft-Gemischschicht in dem Zentralbereich der Kavität 163 gebildet werden, eine wärmeisolierende Gasschicht kann um die Kraftstoff/Luft-Gemischschicht gebildet werden, und ein übermäßig dichtes Kraftstoff/Luft-Gemisch kann auf die gleiche Weise wie bei dem nach außen öffnenden Kraftstoffeinspritzungsventil im Wesentlichen davon abgehalten werden, sich lokal zu bilden.In the above-described example, as the fuel injection valve 6, an outwardly opening fuel injection valve 6 is used. For example, a VCO (Valve Covered Orifice) type injector can also change the effective cross-sectional area of the injector nozzle orifice by adjusting the degree of cavity created by the nozzle orifice. Consequently, even if the in the 5 or 9 illustrated fuel injection mode is applied, an air-fuel mixture layer can be formed in the central portion of the cavity 163, a heat-insulating gas layer can be formed around the air-fuel mixture layer, and an overly dense air-fuel mixture can be formed in the same manner as in the outward opening fuel injection valve are substantially prevented from forming locally.

In dem oben beschriebenen Beispiel wird eine Wärmeabschirmungsstruktur für die Brennkammer und die Ansaugöffnung verwendet und eine wärmeisolierende Gasschicht wird innerhalb der Brennkammer gebildet. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung auch auf einen Motor anwendbar, bei dem eine solche Wärmeabschirmungsstruktur nicht eingesetzt wird.In the example described above, a heat shielding structure is used for the combustion chamber and the intake port, and a heat insulating gas layer is formed inside the combustion chamber. However, the present disclosure is also applicable to an engine that does not employ such a heat shield structure.

Bezugszeichenlistereference list

11
Motorengine
100100
Motor-Controller (Einheit zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung)Engine controller (fuel injection control unit)
1111
Zylindercylinder
1212
Zylinderblockcylinder block
1313
Zylinderkopfcylinder head
1616
KolbenPistons
1717
Brennkammercombustion chamber
66
Kraftstoffeinspritzventilfuel injector

Claims (4)

Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für einen Motor mit Direkteinspritzung, die Steuerungsvorrichtung aufweisend: einen Motorblock, der eine Brennkammer umfasst, die von einem Zylinderkopfdeckenabschnitt, einem für einen Zylinder vorgesehenen Zylinderblock, und einem sich im Inneren des Zylinders hin- und herbewegenden Kolben definiert wird; und eine Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit, die ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst, das innerhalb der Brennkammer vorgesehen ist, um einen Flüssigkraftstoff einzuspritzen, und das eingerichtet ist, den Kraftstoff zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in die Brennkammer einzuspritzen, wobei die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, eine Haupteinspritzung über einen Zeitraum durchzuführen, der von einer letzten Stufe eines Verdichtungstakts bis zu einer Anfangsstufe eines Arbeitstakts reicht und auch eine Voreinspritzung über einen Zeitraum, der von dem Ansaugtakt bis zu einer ersten Hälfte des Verdichtungstakts andauert, durchzuführen, bei der eine kleinere Menge des Kraftstoffs als bei der Haupteinspritzung eingespritzt wird, und die Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit auch dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der durch die Voreinspritzung eingespritzte Kraftstoff während einer zweiten Hälfte des Verdichtungstakts eine Teiloxidationsreaktion hervorruft, und beim Bestimmen, dass der Kraftstoff die Teiloxidationsreaktion hervorruft, zwischen der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung eine Zwischen-Einspritzung durchzuführen, und die Kraftstoffeinspritzungs- Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, die Zwischen-Einspritzung zu einem solchen Zeitpunkt durchzuführen, der es dem durch die Zwischen-Einspritzung eingespritzten Kraftstoff ermöglicht, während oder nachdem der durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff spontan gezündet hat, spontan zu zünden, wobei der genannte Zeitpunkt vor Eintritt der Teiloxidationsreaktion während der zweiten Hälfte des Verdichtungstakts liegt.A fuel injection control device for a direct injection engine, the control device comprising: an engine block including a combustion chamber defined by a cylinder head cover portion, a cylinder block provided for a cylinder, and a piston reciprocating inside the cylinder; and a fuel injection control unit including a fuel injection valve provided within the combustion chamber to inject a liquid fuel and configured to inject the fuel into the combustion chamber at a predetermined timing, wherein the fuel injection control unit is adapted to perform a main injection over a period ranging from a final stage of a compression stroke to an initial stage of a power stroke and also a pilot injection over a period lasting from the intake stroke to a first half of the compression stroke, to be carried out in which a smaller quantity of fuel is injected than in the case of the main injection, and the fuel injection control unit is also configured to determine whether the fuel injected by the pilot injection causes a partial oxidation reaction during a second half of the compression stroke, and when determining that the fuel causes the partial oxidation reaction, an intermediate injection between the pilot injection and the main injection to perform, and the fuel injection control unit is adapted to perform the intermediate injection at such a timing that allows the fuel injected by the intermediate injection to ignite spontaneously during or after the fuel injected by the main injection spontaneously ignites, said Time before the partial oxidation reaction occurs during the second half of the compression stroke. Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für den Motor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungseinheit dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines Drucks in dem Zylinder, einer Temperatur in dem Zylinder und einer Sauerstoffkonzentration in dem Zylinder zu bestimmen, ob es zu einer Teiloxidationsreaktion kommen wird oder nicht.Fuel injection control device for the direct injection engine claim 1 wherein the fuel injection control unit is configured to determine whether or not a partial oxidation reaction will occur based on an in-cylinder pressure, an in-cylinder temperature, and an in-cylinder oxygen concentration. Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für den Motor mit Direkteinspritzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischen-Einspritzung eine kleinere Menge des Kraftstoffs einspritzt als die Haupteinspritzung.Fuel injection control device for the direct injection engine claim 1 or 2 , where the intermediate injection injects a smaller amount of fuel than the main injection. Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungsvorrichtung für den Motor mit Direkteinspritzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Haupteinspritzung eine mehrstufige Einspritzung umfassend eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen ist, ein Intervall zwischen einem Ende der Einspritzung der Zwischen-Einspritzung und einem Beginn der Einspritzung der Haupteinspritzung länger ist als ein Intervall zwischen ersten und zweiten Einspritzungen der Haupteinspritzung.Fuel injection control device for the direct injection engine according to any one of Claims 1 until 3 wherein the main injection is a multi-stage injection including a plurality of fuel injections, an interval between an injection end of the intermediate injection and an injection start of the main injection is longer than an interval between first and second injections of the main injection.
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